水稻终止密码子通读基因的鉴定及分子机理研究

Seed dormancy is a common phenomenon in plants, and it is an adaptive trait that confers seeds the ability to germinate in favorable environment. To understand seed germination in cereals, a large-scale screen was performed using our mutant population, and a mutant germination-defective2 (gd2) was identified. Molecular and biochemical analyses revealed that GD2 encodes an oleosin gene OsOLE. Here, we show that an oleosin gene OsOLE undergoes programmed translational readthrough generating OsOLE-L, an isoform containing a unique 12-amino-acid extension in the carboxyl (COOH) terminus. The interstop sequence of OsOLE contains additional subcellular localization signals. OsOLE may form homodimers rather than heterodimerize with OsOLE-L. In this study, we would like to investigate the stop codon readthrough efficiency; incorporated amino acids by canonical stop codon; cis-acting element affects readthrough; role of stop codon readthrough in seed dormancy and germination; genome-wide experimental analysis of readthrough.

种子休眠与萌发是植物适应环境变化的重要生物学适应机制，与农业生产息息相关。我们通过筛选水稻萌发缺陷的突变体得到一个影响种子萌发的基因OsOLE。生物信息学分析发现OsOLE的终止密码子和同一阅读框3'UTR中第二个终止密码子之间序列在稻属AA基因组物种中进化中十分保守。实验证实部分核糖体可以通过终止密码子继续翻译产生一个在羧基端12个氨基酸加长的异构体OsOLE-L。亚细胞定位显示OsOLE蛋白定位于脂滴，而OsOLE-L定位于细胞质和细胞膜。OsOLE蛋白可自身二聚化而不与OsOLE-L互作。本申请拟通过对OsOLE的研究，初步揭示调控OsOLE-L通读的分子机理从而加深对基因组的理解。研究内容包括：OsOLE-L终止密码子通读率；质谱鉴定OsOLE-L终止密码子处可能插入的氨基酸；鉴定影响通读的核心元件；阐明通读在种子休眠与萌发中的作用；鉴定水稻潜在通读基因。

植物种子休眠与萌发是适应环境变化的重要生物学适应机制，与农业生产紧密相关。前期我们通过筛选水稻萌发缺陷的突变体得到一个影响种子萌发的基因OsOLE。通过生物信息学分析发现OsOLE的终止密码子和同一阅读框3'UTR中第二个终止密码子之间序列在稻属AA基因组物种中进化中十分保守。正常情况下翻译终止发生错误的频率小于 0.1%，当翻译终止过程被抑制，且在核糖体上的延伸过程继续发生的频率至少在 1%时，被称为终止密码子通读。实验证实部分核糖体可以通过终止密码子继续翻译产生一个在羧基端12个氨基酸加长的异构体OsOLE-L。亚细胞定位显示OsOLE蛋白定位于脂滴，而OsOLE-L定位于细胞质和细胞膜。OsOLE蛋白可自身二聚化而不与OsOLE-L互作。本研究鉴定了水稻潜在的通读基因，并对OLE基因家族的基因功能梳理。