拟南芥花斑突变体var2修饰基因的克隆和功能研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31170219
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
郁飞
依托单位：
西北农林科技大学
学科分类：
C0203.植物光合与固氮
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
刘夏燕；赵军；王梦姣；安瑞；郑梦迪；
关键词：
修饰突变拟南芥 var2突变体叶片花斑基因互作

项目摘要

叶片颜色花斑突变体是探索叶绿体发育调控机制的一类特殊材料。拟南芥yellow variegated (var2)突变体具有随机的叶片颜色花斑表型。VAR2基因编码一个叶绿体FtsH家族金属蛋白酶AtFtsH2/VAR2。这个蛋白酶一方面参与光合作用光系统II反应中心D1蛋白的降解过程，另一方面在叶绿体发育调控过程中也起着重要作用。本项目计划利用var2独特的花斑表型，来探索叶绿体发育过程中的基因互作关系和叶绿体发育的调控机制。在前期成功开展var2逆转突变体的研究工作基础上，本项目将以var2为材料，开展大规模突变体的筛选和鉴定，并获得特色var2突变体修饰突变体(Genetic Modifier)材料。通过对var2修饰突变体突变基因的克隆和基因功能研究，将揭示叶绿体发育过程中VAR2基因与其他基因的互作机制，为探索叶绿体发育的基因调控网络奠定基础。

结项摘要

高等植物叶绿体是光合作用的场所。叶绿体的正常发育对于植物建立光合自养能力不可或缺，对植物响应非生物和生物逆境胁迫、植物生物量形成和作物产量建成具有重要意义。本项目以具有叶片花斑表型的拟南芥var2突变体为切入点，通过筛选能够逆转或增强var2花斑表型的var2修饰突变体以及修饰基因的克隆和功能研究，探索建立叶绿体发育的基因互作调控网络。项目执行期间，主要开展了三方面的工作：1）通过var2修饰突变体的筛选和修饰基因功能研究，鉴定了4个新的var2逆转基因（SVR基因），2个var2增强基因（EVR基因）。SVR8基因编码叶绿体核糖体大亚基L24蛋白，SVR10基因编码一个定位于叶绿体的GTPase，SVR9和SVR11基因编码两个不同的叶绿体翻译因子。SVR基因的鉴定和功能分析进一步强化了VAR2的叶绿体蛋白酶活性与叶绿体翻译及叶绿体核糖体rRNA加工过程在功能上关联，发现叶绿体翻译因子参与叶绿体和叶片的发育调控，丰富和验证了FtsH复合物调控叶绿体发育的“阈值“假说，为揭示var2叶片花斑形成机理及叶绿体发育的调控机理提供了理论基础。EVR基因的鉴定首次发现编码细胞质核糖体的基因突变可以增强var2花斑表型，提供了叶绿体发育和细胞质蛋白质翻译互作的新机制，为揭示与VAR2协同调控叶绿体发育的基因互作网络提供了基础。2）筛选了新的叶片“渐绿”（virescent，vir）突变体，开展了VIR3基因在叶绿体发育中的功能研究，发现VIR3基因编码一个主要定位于叶绿体基质类囊体膜上的可能的金属蛋白酶。3）继续开展了大规模拟南芥突变体库的建设，完善了流水线化的基因克隆技术体系，将本项目与大学本科生科研训练紧密联系，推动生命科学创新人才培养。在本项目资助下，项目负责人在《Journal of Biological Chemistry》、《Journal of Integrative Plant Biology》和《Photosynthesis Research》等杂志累计发表论文7篇，其中6篇为通讯作者。这些工作完成项目计划的预期目标，为后续继续开展原创性研究体用过了材料和基础。