水稻衰老和雄性不育基因SMS1的功能分析

本研究拟在已克隆的一个水稻衰老和雄性不育性状突变体基因senescence and male sterility1（SMS1）、比较了突变体和野生型植株的表型及相关细胞学差异、初步确定了该突变基因的生理特征及突变机理的基础上，进行SMS1基因的互补验证、功能验证、亚细胞定位、时空表达和SMS1基因功能研究，进一步探索SMS1基因在水稻中的作用机理和功能特性，获得基因专利，为进一步阐明水稻早衰和雄性不育机制、有效延缓水稻植株衰老、防止早衰现象的发生、保证叶片光合能力、提高水稻产量和品质，具重要意义。

1. 生物信息学分析显示SMS1基因编码一个UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（UGPase），它催化葡萄糖-1-磷酸和UTP与UDP-葡萄糖和焦磷酸之间的转化。.2. 应用水稻原生质体系统，将水稻SMS1 CDS融合YFP报告基因的pA7-SMS1-YFP双元表达载体在水稻原生质体中表达。荧光共聚焦显微镜下，在细胞膜、细胞质、细胞核均能观察到激发荧光，由此推断SMS1基因在水稻细胞中是遍在表达的。.3. 成功构建SMS1 Promoter驱动GUS报告基因的p1300-SMS1 Pro-GUS载体和Ubi Promoter驱动的pUN1301-SMS1-OE过表达载体，通过农杆菌转化日本晴愈伤组织获得转基因阳性株系。GUS染色显示，SMS1在叶片、叶鞘、节、节间、颖壳等组织有表达，在叶鞘和节表达较强，而在叶尖和颖壳表达较弱。Real Time-PCR结果显示，实验所取过表达转基因阳性株系较正常日本晴均有过表达，表达量最高的接近正常日本晴表达水平的300倍。.4. 对sms1突变体叶片不同部位和野生型叶片进行超薄切片观察，结果显示sms1突变体细胞出现空腔，细胞核膨大，表现出PCD的特征，而野生型细胞内叶绿体等内容物丰富。sms1突变体的细胞壁疏松，棱廓模糊，部分细胞壁较薄，而野生型细胞壁比较致密且棱廓清晰。由此推测sms1突变体缺失编码UGPase的SMS1基因，导致细胞壁合成障碍，因此诱发了水稻的PCD过程，从而出现早衰表型。