拟南芥叶绿体分裂突变体x17-3和pd50的基因鉴定与分析

摘要

【目的】叶绿体起源于内共生的蓝细菌,它通过与细菌类似的分裂方式进行增殖以维持遗传稳定。叶绿体分裂需要起源于原核和真核细胞的蛋白高度协调。拟南芥是研究叶绿体分裂的模式植物。在过去的20年中,人们对拟南芥叶绿体分裂蛋白复合体进行了初步的研究。然而,CRL基因在叶绿体分裂中的功能还不清楚。【方法】本研究通过突变体筛选和图位克隆鉴定得到2个新的crl突变体,分别为x17-3和pd50。通过显微观察和分子生物学方法分析了x17-3和pd50中叶绿体分裂表型、CRL基因剪接方式和mRNA含量以及叶绿素含量。最后通过转化互补和RNA干扰(RNAi)技术进一步确认了基因功能。【结果】x17-3和pd50的叶绿体形态与野生型相比有较大差异,表现为叶绿体体积增大,细胞中叶绿体数量减少。x17-3叶绿体数量为野生型的40%,而pd50叶绿体减少到只有1~4个,植物生长也受到明显抑制。通过粗定位及测序分析发现x17-3和pd50的CRL基因存在突变,突变位点在内含子并且影响mRNA剪接,最终导致阅读框移码突变。通过实时荧光定量PCR分析发现,pd50中CRL mRNA含量比野生型和x17-3明显降低。遗传互补实验进一步验证了x17-3和pd50中叶绿体分裂和植物生长抑制表型是CRL基因突变导致的。应用RNAi技术抑制CRL基因表达也能产生明显的叶绿体分裂异常表型。此外,pd50和x17-3的叶绿素含量比野生型明显降低。【结论】本项工作为进一步揭示CRL基因的功能提供新的研究材料和实验依据。