水稻高叶绿素含量基因Gc的克隆与功能解析

1. 克隆了水稻高叶绿素含量基因Gc，序列分析表明该基因为植物基因DET1的同源物（命名为OsDET1）。.2. 序列分析显示，在突变体(Gc)中，OsDET1的突变发生在两个位置：第7个外显子上983位的T突变为C，导致氨基酸由亮氨酸(Leu)突变为丝氨酸(Ser)；在启动子区域-214及-647bp两处处分别有11个碱基片段的插入，而在-272bp处有26个碱基片段的缺失。初步推断，氨基酸序列的改变导致了OsDET1蛋白性质发生变化，而启动子区域的突变改变了该区域的顺式作用元件，从而造成突变体(Gc)和野生型启动子的启动能力差异；.3. 通过互补实验表明：OsDET1的突变(包括启动子插入缺失突变及编码区单碱基突变)的引起了水稻叶绿素b含量的提高。.4. 时空表达分析结果表明：OsDET1在水稻的四个生育期苗期、分蘖期、扬花期及成熟期表达量均比较高，且主要集中在水稻的绿色组织（叶片和叶鞘）表达；OsDET1在突变体(Gc)中表达量显著高于在野生型中的表达量，推测其参与水稻的光合作用。此外OsDET1表达特征具有节律性。.5. 洋葱表皮的亚细胞定位结果表明：OsDET1定位于细胞核。.6. 蛋白互作的初步研究表明，与OsDET1互作的蛋白是光系统II参与光合作用的蛋白如铁氧还蛋白质、体蓝素及泛素等。已有报道铁氧还蛋白及质体蓝素是植物光合作用中的关键蛋白；而泛素参与植物的光损伤修复。.7. 调控序列结果表明：启动子区域的插入及缺失突变导致了启动子的启动能力增强；.8. 突变体(Gc)高光效的分子机制表明：与野生型相比，高叶绿素突变体(Gc):(1)叶绿素b含量及叶片的净光合速率显著增高，气孔导度显著降低；(2) PSII的荧光参数均升高；(3)叶绿体中的基粒类囊体垛叠明显增厚，有的基粒类囊体有膨大现象，说明突变体(Gc)的类囊体膜的装配可能发生了改变；(4)叶片中δ-氨基乙酰丙酸(ALA)、胆色素原(PBG)，尿卟啉原III(UrogenIII)及粪卟啉原(CoprogenⅢ) 含量增加；(5)叶片中叶绿素a/b结合蛋白基因（CAB1R和CAB2R）、镁螯合酶基因CHLH和谷氨酸-tRNA还原酶基因HEMA1表达增高；(6) PSI反应中心PsaA和 PsaB亚基, PSII 47 kDa蛋白,、43kDa蛋白及PsaA表达量显著增加