水稻雷帕霉素靶蛋白OsTOR调控根伸长的功能研究OA

【目的】克隆水稻雷帕霉素靶蛋白基因OsTOR,探究其在根伸长过程中的调控机制,解析其在水稻发育中的生物学功能,为改良水稻性状、提高产量提供分子依据。【方法】以粳稻品种Dongjin为材料,运用实时荧光定量PCR分析OsTOR的表达模式;利用RT-PCR技术克隆OsTOR,构建35S:OsTOR-GFP载体,通过农杆菌介导的水稻遗传转化,创制过表达植株OsTOR-OX,观察OsTOR的亚细胞定位;用TOR活性抑制剂AZD-8055处理水稻幼苗并观察表型;对抑制剂处理植株和OsTOR-OX植株根尖进行透明处理,激光共聚焦显微镜下观察分生区细胞形态;取萌发一致的未处理和处理后的7日龄水稻幼苗进行转录组测序并分析差异基因;利用实时荧光定量PCR对根尖分生组织中的细胞周期相关基因进行表达分析。【结果】OsTOR在进化上与大麦和小麦较近,包括HEAT重复区、FAT结构域、FRB结构域、PIKKc激酶域和FATc结构域,定位于细胞质和细胞膜,表达于萌发后7 d的水稻幼苗叶片、叶鞘、根、成熟植株的旗叶叶片、旗叶叶鞘、花序、成熟花药,以及即将授粉的雌蕊中。经抑制剂AZD-8055处理后,幼苗生长及根的伸长受到抑制,根尖分生区细胞增殖能力降低。过表达OsTOR则促进幼苗根的伸长。转录组测序结果表明,经AZD-8055处理后,有225个基因被上调,121个基因被下调。上调基因中,约28%参与细胞活动,18.6%参与对刺激响应,还有部分基因参与物质降解等过程;下调基因主要包括生物合成、蛋白质代谢以及细胞周期相关的基因。qRT-PCR结果表明,OsTOR活性降低导致细胞周期相关基因表达下降。【结论】OsTOR定位于细胞质和细胞膜,在水稻不同发育时期、不同组织中均有表达;OsTOR活性降低抑制水稻幼苗生长及根的伸长,过表达OsTOR则促进根的伸长,主要由于细胞周期相关基因的变化导致根尖分生区细胞增殖受到影响,进而影响根的伸长。