林靜霞 朱俊兆 虞 潔 陳星月 李浩然 鄭文娟 朱世華 丁沃娜

(1寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院,浙江 寧波 315212；2寧波大學(xué)海洋學(xué)院,浙江 寧波 315211)

根系是維持植物生命活動(dòng)的重要器官,它不僅能將土壤中的水分和養(yǎng)分輸送給地上部,還能合成植物激素和必需物質(zhì),促使植株健康生長(zhǎng)[1-2]。水稻(Oryza sativaL.)是單子葉模式植物,根系是直接影響水稻地上部形態(tài)、單產(chǎn)、抗逆性等眾多農(nóng)藝性狀的重要器官；水稻根長(zhǎng)是所有根系性狀中最重要的性狀。根系生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控機(jī)制非常復(fù)雜,涉及多個(gè)信號(hào)途徑的交互作用,對(duì)水稻根系發(fā)育機(jī)制的探究是改良遺傳效應(yīng)和提高作物產(chǎn)量的重要手段,對(duì)水稻優(yōu)質(zhì)品系的培育具有重要意義[3-4]。近十幾年來(lái),已經(jīng)分離出一批具有短根表型的水稻根系突變體,水稻根系功能基因的研究取得了較大進(jìn)展。從細(xì)胞學(xué)的角度分析,根系變短主要有兩個(gè)方面的原因：其一是根尖分生組織功能或結(jié)構(gòu)存在缺陷,其二是根尖細(xì)胞伸長(zhǎng)受到抑制[4]。

已克隆的水稻根系發(fā)育基因部分與根細(xì)胞的分裂有關(guān),如AIM1、GLR3.1 和RRL3[5-7]。AIM1 編碼參與β 氧化作用的3-羥酰基-輔酶A 脫氫酶,aim1 突變體的主根和不定根長(zhǎng)度明顯變短,根尖分生區(qū)變小,進(jìn)一步研究表明aim1 突變體根尖分生組織細(xì)胞分裂能力降低導(dǎo)致其短根性狀[5]。GLR3.1 是類谷氨酸受體基因,該基因突變導(dǎo)致水稻根系變短,glr3.1 突變體根的分生組織活性喪失,細(xì)胞程序性死亡,表明該基因?qū)Ω夥稚M織細(xì)胞的分裂和存活具有關(guān)鍵作用[6]。研究發(fā)現(xiàn)RRL3 基因在外界機(jī)械刺激下特異調(diào)控根尖分生組織細(xì)胞分裂的過(guò)程,導(dǎo)致分生區(qū)縮小,最終造成突變體rrl3 的短根表型[7]。

OsSPR1、OsCYT-INV1 和OsKASI等基因與根尖細(xì)胞的伸長(zhǎng)有關(guān)[8-10]。OsSPR1 是一種參與胚后根伸長(zhǎng)的線粒體基因,Osspr1 突變體根成熟區(qū)細(xì)胞的伸長(zhǎng)嚴(yán)重受阻[8]。OsCYT-INV1 編碼一個(gè)中性/堿性轉(zhuǎn)化酶,Oscyt-inv1 突變體呈現(xiàn)短根表型,切片顯示該突變體根細(xì)胞的長(zhǎng)度變小,伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞發(fā)生皺縮[9]。OsKASI編碼β-酮脂酰-酰基載體蛋白合酶,該酶參與脂肪酸的合成,OskasI突變體根系明顯縮短,其主根伸長(zhǎng)區(qū)和成熟區(qū)的細(xì)胞長(zhǎng)度僅為野生型的四分之一[10]。

此外,還有一些調(diào)控水稻根長(zhǎng)的基因與細(xì)胞分裂和細(xì)胞伸長(zhǎng)有關(guān)。OsGLU3 編碼一個(gè)β-1,4-葡聚糖內(nèi)切酶,調(diào)控細(xì)胞壁的松馳,Osglu3-1 突變體成熟區(qū)細(xì)胞的長(zhǎng)度僅為野生型的三分之一,分生組織細(xì)胞分裂活性降低[11]。OsDGL1 編碼一個(gè)多萜長(zhǎng)醇二磷酸寡糖蛋白環(huán)糊精糖基轉(zhuǎn)移酶亞基,Osdgl1 突變體根中N糖基化過(guò)程受損,成熟區(qū)細(xì)胞長(zhǎng)度變短,分生組織變小[12]。OsGatB基因編碼一個(gè)谷氨酰tRNA 酰胺基轉(zhuǎn)移酶B 亞基,Osgatb突變體的主根生長(zhǎng)緩慢,根尖分生組織長(zhǎng)度小于野生型,成熟區(qū)細(xì)胞長(zhǎng)度明顯變短[13]。OsMOGS基因編碼甘露寡糖葡萄糖苷酶,該基因在細(xì)胞快速分裂的組織中強(qiáng)烈表達(dá),osmogs突變體表現(xiàn)出根細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)的嚴(yán)重缺陷[14]。

本研究從甲基磺酸乙酯(ethylmethane sulfonate,EMS)誘變的秈稻Kasalath 突變體庫(kù)中篩選得到水稻短根突變體ksr8,對(duì)該突變體進(jìn)行表型鑒定、遺傳分析、突變基因的圖位克隆、轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)驗(yàn)證以及短根細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)分析,旨在了解該水稻突變體根系發(fā)育的分子機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

從EMS誘變的秈稻(Kasalath)突變體庫(kù)中篩選出水稻短根突變體ksr8,連續(xù)自交幾代,確保其突變性狀可穩(wěn)定遺傳。將野生型秈稻Kasalath(WT)和粳稻Nipponbare 分別與突變體ksr8 雜交,將得到的F1群體用于表型觀察,通過(guò)F1自交獲得的F2群體用于遺傳分析和基因定位。

1.2 表型分析

WT 和突變體ksr8 的幼苗均采用溶液培養(yǎng)法[15]培養(yǎng),7 d 后觀察幼苗表型并拍照,分別測(cè)量幼苗的株高、主根長(zhǎng)、不定根長(zhǎng)和側(cè)根長(zhǎng),統(tǒng)計(jì)不定根的數(shù)目,每個(gè)樣本統(tǒng)計(jì)20 株。

將水培20 d 的水稻幼苗移到大田栽培種植,待其成熟時(shí),隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)正常的WT 和突變體ksr8,對(duì)整株及稻穗拍照,并統(tǒng)計(jì)株高、分蘗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)等農(nóng)藝性狀,每個(gè)樣本統(tǒng)計(jì)10 株。

1.3 根尖樹(shù)脂切片和染色

分別對(duì)水培5 d 的WT 和突變體ksr8 根尖的分生區(qū)、伸長(zhǎng)區(qū)和成熟區(qū)進(jìn)行樹(shù)脂包埋,并制備半超薄切片,切片染色后拍照[16]；對(duì)水稻幼苗根尖部分進(jìn)行醋酸洋紅染色并觀察拍照。

1.4 突變基因的圖位克隆

1.4.1 分子標(biāo)記的選擇和設(shè)計(jì)[17]根據(jù)Gramene 網(wǎng)站(http：//www.gramene.org/)中已公布的SSR(simple sequence repeat)分子標(biāo)記,選擇覆蓋水稻12 條染色體且遺傳距離均勻分布的多態(tài)性SSR 引物,用于突變基因的初定位。根據(jù)粳稻Nipponbare 和秈稻Kasalath 間的序列差異設(shè)計(jì)初定位區(qū)間內(nèi)具有多態(tài)性的InDel(insertion-deletion)標(biāo)記進(jìn)行精細(xì)定位。

1.4.2 基因定位 使用簡(jiǎn)易TPS 法[18]從水稻的葉片中分別提取Kasalath、Nipponbare、F1和F2分離群體的DNA。將F2分離群體中30 個(gè)短根株系的DNA 等量混合以形成突變體基因池,并通過(guò)PCR 擴(kuò)增靶基因,再用非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳(polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE)檢測(cè)PCR 產(chǎn)物,銀染顯色后觀察帶型,判斷連鎖關(guān)系,對(duì)于疑似連鎖的標(biāo)記采取進(jìn)一步解包驗(yàn)證。在初步確定粗定位區(qū)間后,設(shè)計(jì)新的分子標(biāo)記,擴(kuò)大定位群體,縮小定位區(qū)間。通過(guò)水稻基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)站(http：//rice.plantbiology.msu.edu/cgibin/gbrowse/rice/)來(lái)分析定位區(qū)間內(nèi)的候選基因,測(cè)序驗(yàn)證確定其突變位點(diǎn),并對(duì)候選基因進(jìn)行突變位點(diǎn)的保守分析。

1.5 轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)驗(yàn)證

根據(jù)KSR8 基因的啟動(dòng)子序列,設(shè)計(jì)上下游分別含SacⅠ和SmaⅠ酶切位點(diǎn)(下劃線表示)的引物：PrKSR8-F(5′-AAAGAGCTCCCAGCCTACGACGCCACGA ACAGA-3′)和PrKSR8-R(5′-AAACCCGGGAAGTATCGT CGCCGAGGGTGTCCG-3′)。根據(jù)KSR8 編碼序列(coding sequence,CDS),設(shè)計(jì)上下游分別包含SmaⅠ和SalⅠ酶切位點(diǎn)(下劃線表示)的引物：KSR8-F(5′-A AACCCGGGATGGCCGCCGCCACCTCCCAA-3′)和KSR8-R(5′-AAAGTCGACTTATGAACTAATGCCAAGCTGAGT GC-3′)。以WT 葉片的DNA 和cDNA 為模板分別進(jìn)行PCR 擴(kuò)增,將擴(kuò)增得到的KSR8 啟動(dòng)子片段及CDS分別與表達(dá)載體pCAMBIA1300 連接,構(gòu)建好的回復(fù)載體由農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)入突變體ksr8 愈傷組織中并分化成苗[19]。篩選根系正常的轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行繁種,獲得純合株系后進(jìn)行表型分析。

1.6 突變體對(duì)外源精氨酸的響應(yīng)分析

在含有0.5 mmol·L-1CaCl2水溶液的培養(yǎng)框中分別加入不同濃度梯度的精氨酸母液,使精氨酸終濃度分別為0、0.05、0.1、0.2、0.5 mmol·L-1。WT 和突變體ksr8 已萌發(fā)的種子在上述培養(yǎng)液中培養(yǎng)7 d 后觀察幼苗全株表型、拍照并統(tǒng)計(jì)其主根長(zhǎng)度。

2 結(jié)果與分析

2.1 突變體ksr8 的表型鑒定

對(duì)培養(yǎng)7 d 的WT 和突變體ksr8 幼苗進(jìn)行表型觀察,發(fā)現(xiàn)突變體ksr8 的地上部和根系發(fā)育均存在缺陷。突變體ksr8 的株高只有WT 的59.43%(圖1-A、表1),主根和不定根的長(zhǎng)度受到極顯著抑制,分別只有WT 的15.53%和15.96%(圖1-B、表1),但不定根數(shù)較WT 有顯著增加(圖1-C、表1)。體式鏡下觀測(cè)到突變體ksr8的側(cè)根長(zhǎng)度只有WT 的48.61%(圖1-C、表1),ksr8 靠近根尖部位的根毛濃密且長(zhǎng)(圖1-C)。

表1 WT 和突變體ksr8 水培7 d 幼苗表型比較Table 1 The characteristics of 7-day-old hydroponic seedlings of wild type and ksr8 mutant

圖1 WT 和突變體ksr8 水培7 d 幼苗表型Fig.1 Phenotypic characterization of 7-day-old hydroponic seedlings of wild type and ksr8 mutant

2.2 突變體ksr8 的農(nóng)藝性狀分析

比較成熟期WT 和突變體ksr8 的農(nóng)藝性狀發(fā)現(xiàn),突變體ksr8 的株高只有WT 的74.77%(圖2-A、C)；分蘗數(shù)極顯著下降,只有WT 的15.87%(圖2-C)；每穗實(shí)粒數(shù)也減少,為WT 的77.33%,且芒刺退化(圖2-B、C)。綜上,突變體ksr8 的基因突變不僅限制了根系的發(fā)育,而且對(duì)水稻的單產(chǎn)也有影響。

2.3 突變體ksr8 根尖的樹(shù)脂切片和染色分析

圖2 WT 和突變體ksr8 成熟期表型Fig.2 Phenotype of wild type and ksr8 mutant at mature stage

經(jīng)樹(shù)脂半超薄切片縱切發(fā)現(xiàn),突變體ksr8 主根成熟區(qū)的細(xì)胞形態(tài)與WT 相似(圖3-A、D),但分生區(qū)和伸長(zhǎng)區(qū)的細(xì)胞形態(tài)與WT 相比差異顯著(圖3-B、C),分生區(qū)明顯變短(圖3-C),伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞伸長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制(圖3-B),細(xì)胞長(zhǎng)度僅為WT 的47.01%(圖3-D)。醋酸洋紅染色可用于觀察分生區(qū)組織長(zhǎng)度,結(jié)果顯示,突變體ksr8 的根尖染色區(qū)域長(zhǎng)度僅為WT 的48.39%(圖3-E、F)。由此可見(jiàn),突變體ksr8 的短根表型與伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞變短和根尖細(xì)胞分裂功能缺陷有關(guān)。此外,突變體ksr8 的根冠長(zhǎng)度也明顯變短(圖3-C)。

圖3 WT 與突變體ksr8 的根尖細(xì)胞形態(tài)分析Fig.3 Morphological analysis of root tip cells of wild type and ksr8 mutant

2.4 突變體ksr8 的遺傳分析

WT 與突變體ksr8 雜交獲得的F1個(gè)體根系正常,均表現(xiàn)出與WT 相同的長(zhǎng)根性狀,這表明突變體ksr8的短根性狀由隱性核基因控制。F1自交產(chǎn)生的F2群體經(jīng)溶液培養(yǎng)7 d 后出現(xiàn)了性狀分離,其中447 株F2植株中有326 株為正常表型,有121 株為短根表型,經(jīng)卡方檢驗(yàn)符合3∶1分離比(χ2＝1.02＜χ20.05＝3.84)(表2)。

表2 突變體ksr8 的遺傳學(xué)分析Table 2 Genetic analysis of short root mutant ksr8

2.5 KSR8 基因的圖位克隆

以Kasalath、Nipponbare 和F1的DNA,以及混合30 株短根突變體的DNA 混合形成的突變池為模板,用在水稻12 條染色體上均勻分布的115 對(duì)SSR 引物進(jìn)行目的基因的初步定位,發(fā)現(xiàn)KSR8 基因可能與3號(hào)染色體的分子標(biāo)記RM3280 連鎖。擴(kuò)大定位群體,增加了531 株短根單株,在RM3280 物理位置附近設(shè)計(jì)了4 對(duì)有多態(tài)性的InDel 標(biāo)記,最終將突變基因定位在分子標(biāo)記InD3 和RM3280 之間,物理距離約106 kb(圖4-A)。定位區(qū)間候選基因測(cè)序分析發(fā)現(xiàn),基因號(hào)為L(zhǎng)OC_Os03g19280 的候選基因第3 外顯子上發(fā)生了單堿基突變；生物信息學(xué)分析該基因編碼精氨酰琥珀酸裂解酶,CDS 全長(zhǎng)1 560 bp,包含7 個(gè)外顯子,編碼519 個(gè)氨基酸,其CDS 序列653 bp 處的G 突變成A,導(dǎo)致第218 位精氨酸(R)突變成賴氨酸(K)(圖4-B、C)。KSR8 與同源蛋白的序列比對(duì)分析表明,ksr8中突變的氨基酸殘基是保守的,表明它可能是該蛋白功能的重要?dú)埢?圖4-D)。

圖4 KSR8 基因的圖位克隆Fig.4 Map-based cloning of KSR8 gene

2.6 KSR8 基因的互補(bǔ)驗(yàn)證分析

為驗(yàn)證KSR8 基因突變導(dǎo)致ksr8 產(chǎn)生突變的表型,構(gòu)建自身啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的KSR8 基因的回復(fù)載體,經(jīng)農(nóng)桿菌介導(dǎo)侵染ksr8 突變體愈傷組織并成功獲得回復(fù)株系。篩選出長(zhǎng)根性狀的轉(zhuǎn)基因苗進(jìn)一步繁種純化并選擇出純合植株,最終得到的轉(zhuǎn)基因恢復(fù)水稻苗的表型與WT 相一致(圖4-E)。

2.7 突變體ksr8 對(duì)外源精氨酸的響應(yīng)分析

觀察外源精氨酸處理培養(yǎng)7 d 后的幼苗,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)不同濃度精氨酸處理后突變體ksr8 和WT 的表型變化明顯不同,隨著精氨酸濃度的升高,WT 的根伸長(zhǎng)受到抑制,而突變體ksr8根系在0.1、0.2 和0.5 mmol·L-1濃度下表型逐漸開(kāi)始恢復(fù),特別是主根的缺陷表型(圖5-A),且隨著精氨酸濃度的升高恢復(fù)越明顯(圖5-B),在0.5 mmol·L-1精氨酸處理下突變體ksr8 和WT 的根長(zhǎng)基本一致,表明精氨酸參與調(diào)控突變體ksr8 的根系發(fā)育,且適當(dāng)?shù)木彼釢舛葘?duì)水稻根系的正常發(fā)育具有積極作用。

圖5 添加外源精氨酸對(duì)水稻根發(fā)育的影響Fig.5 Effect of the exogenous addition of arginine on root growth

3 討論

水稻根長(zhǎng)作為根系最重要的性狀,具有極強(qiáng)的可塑性[20]。目前已克隆的水稻根長(zhǎng)相關(guān)基因有20 多個(gè),大多數(shù)在不同的代謝途徑和復(fù)雜的信號(hào)通路中起作用[4]。OsGNA1 編碼葡糖胺-6-磷酸乙酰轉(zhuǎn)移酶,參與尿苷二磷酸-N-乙酰葡糖胺的合成,是維持水稻根細(xì)胞的正常代謝和形態(tài)所必需的[21]；OsGLU3 編碼一個(gè)β-1,4-葡聚糖內(nèi)切酶,能通過(guò)調(diào)控細(xì)胞壁的松馳來(lái)調(diào)節(jié)根的伸長(zhǎng)[11]；OsCCC1 編碼K＋/Na＋/Cl-協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,通過(guò)調(diào)控K＋/Na＋/Cl-平衡以維持細(xì)胞滲透勢(shì),參與細(xì)胞伸長(zhǎng)[22]；OsKASI編碼β-酮脂酰-?；d體蛋白合酶,通過(guò)參與脂肪酸合成來(lái)調(diào)控水稻根系發(fā)育[10]；OsARF12 編碼一個(gè)生長(zhǎng)素應(yīng)答基因的轉(zhuǎn)錄激活因子,通過(guò)影響生長(zhǎng)素信號(hào)傳導(dǎo)以介導(dǎo)水稻根的伸長(zhǎng)[23]。這些基因突變后均造成突變體主根、不定根和側(cè)根變短,本研究篩選到的突變體ksr8 的根系表型與上述突變體類似,通過(guò)基因圖位克隆發(fā)現(xiàn)KSR8 基因編碼一個(gè)精氨酰琥珀酸裂解酶。

氨基酸作為含氮的小分子有機(jī)化合物不僅是構(gòu)建細(xì)胞、修復(fù)組織的基礎(chǔ)材料,還是合成核苷酸、激素、生物堿及多胺等多種含氮化合物的前體物質(zhì)[24],在植物的生長(zhǎng)發(fā)育、養(yǎng)分吸收及應(yīng)對(duì)某些非生物脅迫等方面都具有重要的作用[25-26]。精氨酸作為植物體內(nèi)功能最多的一種氨基酸,其生物合成途徑有8 個(gè)步驟,涉及乙酰谷氨酸合成酶、乙酰谷氨酸激酶、乙酰谷氨酸還原酶、乙酰鳥(niǎo)氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、乙酰谷氨酸鳥(niǎo)氨酸乙?；D(zhuǎn)移酶、鳥(niǎo)氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶、精氨酰琥珀酸合成酶以及精氨酰琥珀酸裂解酶8 種酶的催化反應(yīng)[27]。目前,有關(guān)精氨酸合成途徑基因調(diào)控植物根系發(fā)育的報(bào)道較少,擬南芥TUMOR PRONE5(TUP5)基因編碼乙酰鳥(niǎo)氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(acetylornithine aminotransferase,ACOAT),催化精氨酸生物合成的第四步,該基因突變?cè)斐筛底兌?突變體tup5-1 的短根表型可以通過(guò)添加外源精氨酸來(lái)恢復(fù)[28]。研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)編碼精氨酰琥珀酸裂解酶的基因OsASL1 參與調(diào)控水稻根系的正常發(fā)育,突變體osred1 呈短根表型,添加外源精氨酸可以恢復(fù)突變體的短根表型[29-30]。本研究通過(guò)圖位克隆技術(shù)克隆到的KSR8 基因也編碼精氨酰琥珀酸裂解酶,該酶催化精氨酸生物合成的最后一步,但測(cè)序結(jié)果顯示ksr8 和osred1 的突變位點(diǎn)不同,表明突變基因ksr8 和OsASL1 基因等位。

本研究結(jié)果顯示,OsASL1 基因突變會(huì)導(dǎo)致突變體ksr8 和osred1 的根系發(fā)育嚴(yán)重受阻,且兩者的短根表型與伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞變短和分生區(qū)細(xì)胞分裂缺陷有關(guān),轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)試驗(yàn)證實(shí)OsASL1 基因突變導(dǎo)致短根表型,外源添加精氨酸均可恢復(fù)兩者的根系缺陷表型。但ksr8和osred1 在突變方式以及表型上存在差異,從突變方式來(lái)看,osred1 是粳稻品種Nipponbare 在愈傷組織再生過(guò)程中引起的突變品系,OsASL1 基因第2 外顯子內(nèi)(CDS 419 bp 處)的G 突變成了T,導(dǎo)致其蛋白序列第140 位的精氨酸(Arg)突變成了亮氨酸(Leu),從而引起短根表型；而突變體ksr8 則是由秈稻Kasalath 經(jīng)EMS誘變后篩選得到,該突變性狀是由OsASL1 基因的第3 外顯子內(nèi)發(fā)生點(diǎn)突變?cè)斐傻?其CDS 序列653 bp 處的G 突變成A,導(dǎo)致編碼的第218 個(gè)氨基酸精氨酸(Arg)突變成賴氨酸(Lys)。從表型上看,突變體osred1 和ksr8 的地上部存在差異,osred1 幼苗株高與野生型相似,而7 d 苗齡ksr8 的株高僅為野生型的59.43%,表明OsASL1 基因不同背景和位點(diǎn)的突變對(duì)地上部生長(zhǎng)發(fā)育的影響有所不同。此外,本研究還統(tǒng)計(jì)了突變體ksr8 成熟期的農(nóng)藝性狀,發(fā)現(xiàn)其株高、分蘗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)等重要的農(nóng)藝性狀都受到顯著影響,表明OsASL1 不僅參與水稻根系的生長(zhǎng)發(fā)育,而且與水稻單產(chǎn)密切相關(guān)。

對(duì)水稻根系發(fā)育缺陷突變體的挖掘和研究,使得對(duì)水稻根系發(fā)育遺傳調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)取得了重大進(jìn)展。本研究對(duì)突變體ksr8 的表型鑒定、遺傳分析、圖位克隆及轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)驗(yàn)證等分析表明精氨酸是水稻根正常伸長(zhǎng)所必需的,為進(jìn)一步探究精氨酸調(diào)控植物根系細(xì)胞分裂和細(xì)胞伸長(zhǎng)的分子機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

本研究在水稻中克隆得到OsASL1 基因,該基因編碼催化精氨酸合成通路最后一個(gè)步驟的精氨酰琥珀酸裂解酶。轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)試驗(yàn)證實(shí)OsASL1 的點(diǎn)突變引起ksr8 的短根表型,分析發(fā)現(xiàn)ksr8 根的分生區(qū)細(xì)胞分裂功能存在缺陷,伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞顯著變短,表明OsASL1 的突變可能會(huì)抑制水稻根細(xì)胞的正常分裂與伸長(zhǎng),最終導(dǎo)致根系變短。此外,結(jié)果顯示添加外源精氨酸可以恢復(fù)ksr8 的根系缺陷表型,這表明適量的精氨酸在水稻根系伸長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用。因此,OsASL1可能通過(guò)參與精氨酸生物合成途徑來(lái)調(diào)節(jié)水稻根系游離精氨酸的濃度,進(jìn)而影響根細(xì)胞的分裂與伸長(zhǎng),最終決定水稻的根系性狀。本研究為明確OsASL1 在水稻根系發(fā)育過(guò)程中的作用機(jī)理奠定了基礎(chǔ),并為進(jìn)一步揭示精氨酸調(diào)控植物根細(xì)胞正常分裂與伸長(zhǎng)的分子機(jī)制提供了寶貴的基因資源和理論依據(jù)。