生物工程学报 Chin J Biotech 2008, March 25; 24(3): 368-375
journals.im.ac.cn Chinese Journal of Biotechnology ISSN 1000-3061
cjb@im.ac.cn . 2008 Institute of Microbiology, CAS & CSM, All rights reserved
研究报告
水稻OsPLD3 和OsPLD4 基因及其启动子
杨 鹍1,3, 傅亚萍2, 张玉满1, 颜永胜1,3, 赵志强1,3, 方荣祥1, 孙宗修2, 陈晓英1
1 中国科学院微生物研究所植物基因组学国家重点实验室, 北京 100101
2 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室, 杭州 310006
3 中国科学院研究生院, 北京 100039
摘 要: 磷脂酶D(Phospholipase D, PLD)是在植物组织中广泛存在的一类磷脂酶, 可催化磷脂如磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine)水解产生磷脂酸(phosphatidic acid, PA)和一个自由的头部基团如胆碱(choline)。在植物体内PLD 家族往往包括多个成员。利用反向遗传学技术对水稻磷脂酶D 家族(OsPLD)中的两个成员OsPLD3 和OsPLD4 基因及其启动子的研究显示: OsPLD3 和OsPLD4 的启动子在花器官的不同部位中驱动报告基因不同程度地表达, 二者都受损伤和茉莉酸甲酯诱导, 但是对诱导因子反应的时空模式不同。利用转基因技术在水稻中过量表达OsPLD3 和OsPLD4 基因或是干扰OsPLD3 和OsPLD4 基因表达都不能引起可见的水稻表型的变化, 说明OsPLD 家族不同成员可能有功能上的重复。
关键词: 水稻磷脂酶D, 损伤诱导, 茉莉酸甲酯, 花器官
Analysis of Rice OsPLD3 and OsPLD4 Genes and Promoters
Kun Yang1,3, Yaping Fu2, Yuman Zhang1, Yongsheng Yan1,3, Zhiqiang Zhao1,3, Rongxiang Fang1,
Zongxiu Sun2, and Xiaoying Chen1
1 State Key Laboratory of plant genomics, Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
2 State Key Laboratory of Rice Biology, National Rice Research Institute, Hangzhou 310006, China
3 Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China
Abstract: Phospholipase Ds (PLDs) exist in many plants. PLDs catalyse the hydrolysis of phospholipids (e.g. phosphatidylcholine) in cell membrane into phosphatidic acid (PA) and polar free heads (e.g. choline). Two PLD members from rice, OsPLD3 and OsPLD4, were studied by reverse genetics approaches. The results showed that the promoters of OsPLD3 and OsPLD4 could drive the expression of the reporter gene in various tissues of the rice flower organs at different levels. The expression of both genes was induced by wounding and methyl jasmonate (MeJA), but with different intensity at different time intervals. No prominent phenotypes were observed by RNA interference with the gene-specific artificial miRNAs or over-expression of the target genes in rice plants, implying the functional redundancy among different members of the rice PLD family.
Keywords: OsPLD, wounding induction, methyl jasmonate, flower organ
磷脂酶D(Phospholipase D, PLD)通过催化降解生物膜上的重要组分磷脂参与诸多细胞过程, 在植物的生长发育和对环境胁迫的应答过程中也起到广泛的作用。对多种植物的PLD 研究表明, PLD 的水解产物磷脂酸(phosphatidic acid, PA)能结合其他分子起到信号分子的作用, 植物中PLD 在应对各种环境胁迫, 如损伤, 病原物的侵染, 冻害, 盐胁迫, 活性氧胁迫中的作用正得到越来越多的关注[1.3]。水稻磷脂酶D 家族是一个大的家族。McGee JD 等[4]已发现籼稻亚种中的五个PLDs (RPLDs), 其中RPLD1 组成型存在于根、叶和分生组织中;RPLD2-RPLD5 不如RPLD1 那样分布广泛, 在未受处理的根、叶和分生组织中用Northern 杂交的方法检测不到RPLD3-RPLD5, 推测这几种RPLDs 可能是时空特异性表达或受某种条件诱导表达。亚细胞定位研究结果表明RPLD1 主要存在于叶肉细胞的细胞壁、细胞膜和叶绿体中; RPLD2-RPLD5 在所定位的亚组织中分布都很稀疏, 只有RPLD3 和RPLD4在水稻叶子的叶绿体中含量较高。我们对水稻粳稻品种日本晴OsPLD3 和OsPLD4 进行分析和研究, 结果显示: 二者在损伤和MeJA 的诱导过程中有快速、强烈和持久的表达, 其中OsPLD3 的表达主要在生长发育期的开花阶段, 而OsPLD4 启动子在颖壳的药隔维管束中特异表达。我们的研究结果为揭示OsPLD3 和OsPLD4 的功能、表达调控机制及其在水稻基因工程方面的应用奠定了基础。
Received: May 22, 2007; Accepted: June 14, 2007
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Corresponding author: Zongxiu Sun. Tel: +86-571-63370377; E-mail: sunzx405@tom.com
Xiaoying Chen. Tel: +86-10-64861838; E-mail: chenxy@sun.im.ac.cn
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