水稻胚乳发育激酶信号系统及其调控分子机制

摘要

水稻胚乳是水稻种子的重要组成部分，也是水稻光合产物蓄积与转换的重要经济器官。水稻胚乳细胞的信号分子网络构成其生长发育的重要分子基础，且直接影响水稻的产量与品质形成。钙依赖性蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinase,CDPK)是一种广泛存在于植物体内且参与植物多重生理反应的重要信号分子。促分裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)作为生物体内一个重要的丝/苏氨酸信号家族，在调控植物的细胞周期、发育进程以及逆境抵御分子机制研究引起广泛关注。rn 为揭示水稻胚乳发育的CDPK和MAPK系统作用分子机制，本项研究利用mRNA差异显示技术和同源基因克隆方法，从水稻发育颖果中分离出CDPK家族新基因OsCDPK14 IAY144497)，获得的OsCDPK14基因所编码的蛋白为一种功能性的、具有底物特异性和受调控激酶活性的钙依赖性蛋白激酶，并可能在水稻胚乳充实过程中的物质蓄积代谢中发挥重要的调控作用。应用mRNA差异显示技术并结合同源基因克隆方法从不同发育状态的异位别颖果中筛选鉴定出2个MAPK家族新基因，其中OsMAPK-like(AY506572)属于MAPK B亚家族成员，而OsMAPK6(AY336480)则属于MAPK D亚家族成员。两者都具有自磷酸化和催化MAPK通用底物MBP磷酸化的活性，为具有MAPK特性的功能蛋白激酶，主要分布于细胞质和细胞核中，且在细胞核中分布较多，可能为活化转录因子的功能性MAPK。功能鉴定证实，OsMAPK-like和OsMAPK6为形态建成中的重要功能性蛋白激酶，可能参与了水稻胚乳核型胚乳细胞的细胞质化过程，并受到不同种类植物激素的活化。水稻胚乳发育中的激酶信号系统及其相关功能基因的研究，对于揭示水稻种子形成及胚乳发育的分子机理以及利用基因工程技术定向改造水稻的产量与品质具有重要的理论与实际意义。