水稻白叶枯菌抗性相关基因R1×4选择性剪接机制及功能初探

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本论文前期工作中,通过mRNA差别显示获得了三个受白叶枯菌(Xanthomonas oryzae pv.oyzae)诱导表达的差异cDNA片段B1、B2、B3。经分析推测是同一基因的不同剪接方式。进一步实验证实三个片段表达受到白叶枯菌诱导。国际互连网BLAST查询表明该基因为新基因。本课题旨在对这一与白叶枯菌抗性相关且存在多种转录形式的基因进行进一步研究,了解其不同转录形式的特征,表达特点、多转录本间的相互关系及功能等。 通过cDNA末端快速扩增(RACE)获得了该基因完整cDNA序列(命名为RIX4),确定了正确的开放阅读框架:应用M-EST芯片技术得到了RIX4基因另一转录本RIX4-4I片段,以RT-PCR的方法扩增并克隆了该转录本的全长序列;基于3’RACE技术,使用多重引物扩增,获得大小不同的多种产物(转录本),进一步的克隆分析正在进行中;从水稻IR26DNA中克隆了RIX4基因2661bp的DNA序列。 对所获得的转录本进行了序列分析表明:RIX4基因包含有7个外显子和6个内含子,除第四内含子外,全部具备植物内含子极端保守的/GT-AG/特征:B1、B2、B3三个转录本是RIX4基因在转录过程中前端两个选择性剪接组件发生了选择性剪接的产物,剪接组件首尾具有CAAG碱基特征;B1是三个转录本中最长的一个,开放阅读框(ORF)1530bp,完整包含有该基因所有7个外显子部分;B2、B3的ORF分别为306bp和222bp;RIX4-41是RIX4基因保留了第四内含子的一个全长转录本,ORF共1626碱基。至此共分离克隆了RIX4基因的四个全长转录本和该基因的DNA序列。 互联网生物信息学分析和预测表明,RIX4是一种不稳定的水溶性蛋白,等电点4.6左右,定位于核内;它具有N端糖基化位点、蛋白激酶C磷酸化位点、酪蛋白激酶磷酸化位点、十四烷酰化位点、核定位信号、酰胺化位点、低复杂性位点、Pfam-B2301区域等,在130-165氨基酸之间还存在有四次重复的“VQDEMNAQP”氨基酸序列;其蛋白质的二级结构由a螺旋(Alpha helix)、延伸带(Extended strand)、随机卷曲(Random coil)三种结构模块组成。RIX4-4I与RIX4所预测结构基本相同。RIX4基因氨基酸序列互联网数据库搜索,仅发现与拟南芥RAD21类蛋白(染色体粘合蛋白)有一定的同源性,且具有该类基因尾部较为保守的Pfam-B2301模体特征,加之定位于核内,推测RIX4基因属于水稻中这一基因家族成员,可能在有丝分裂或减数分裂中起作用,不正常表达可能会影响水稻育性。 通过RFLP多态性分析,将RIX4基因定位于水稻第8号染色体 构建了RIX4基因正义与反义植物表达载体,通过农杆菌法对水稻粳稻品种中花11进行转化,获得正义表达转化株41株,反义22株。对各株(系)PCR验证表明阳性率约94%。正、反义转化株系的种子结实率差异极显著。进一步验证了该基因属于染色体粘合蛋白基因家族成员的可能。 应用水稻2200条非冗余表达序列标签所制备的cDNA微阵列及同位素”33P杂交体系,对水稻抗白叶枯菌近等基因系中早14R、9S经白叶枯病菌诱导后特异基因表达模式、信号传导、 浙江大学博士学位论文2 RIX4基因的表达特点进行研究。结果表明:表达丰度上调基因315个,下调176个。其中 78个受诱导的己知功能基因。cDNA #阵列上表达变化基因反应了植物防卫反应中基因表达 的协同作用基本模式:白叶枯菌侵染下乙烯介导的信号传导途径在防卫反应中可能起重要作 用;试验结果还提供了一些未明确与植物抗病有直接关系,但在供试材料受白叶枯菌诱导后 表达量发生了明显改变的基因以及多个受白叶枯菌强烈诱导但功能未知的基因。RIX4基因 在两系中受诱导后表达丰度轻微上调。
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