發(fā)育生物學專業(yè)畢業(yè)論文[精品論文]水稻細胞周期基因的全基因組分析與Orysa;CycB1;1調(diào)節(jié)胚和胚乳發(fā)育的研究

1、發(fā)育生物學專業(yè)畢業(yè)論文 精品論文 水稻細胞周期基因的全基因組分析與orysa;cycb1;1調(diào)節(jié)胚和胚乳發(fā)育的研究關(guān)鍵詞：水稻 細胞周期 植物激素 胚乳發(fā)育 基因表達摘要：細胞分裂是生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ)。近年來，細胞周期的調(diào)控機制逐漸為人們所關(guān)注。在高等植物中，細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子在雙子葉模式植物擬南芥中已經(jīng)被系統(tǒng)分析，但在單子葉模式植物水稻(oryza sativa)中研究則較少。水稻是我國重要的糧食作物，研究水稻細胞周期的調(diào)控機制對于有目的的改善水稻的農(nóng)藝性狀(如加速生長、增加株高、改善株型、提高千粒重等)進而提高水稻產(chǎn)量有著重要的意義。水稻基因組測序的完成及大量信息學數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為查找水稻

2、細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子提供了方便。為了獲得水稻所有的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，本研究根據(jù)擬南芥基因組提供的信息，在水稻公共數(shù)據(jù)庫中進行序列檢索，將檢索到的序列進行了信息挖掘，進而對水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達模式和功能進行了初步研究。 本研究通過序列比對獲得了90個水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的基因序列。這些調(diào)節(jié)因子包括44個細胞周期蛋白(cyclin)、25個細胞周期蛋白依賴性激酶(cdk)、7個細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(krp)、9個e2f轉(zhuǎn)錄因子，另外還有2個成視網(wǎng)膜瘤蛋白(rb)，2個wee激酶和1個細胞周期蛋白依賴性激酶亞單位(cks)。對這些調(diào)節(jié)因子的蛋白序列進行了聚類分析并系統(tǒng)命名，

3、其中有41個調(diào)控因子的名稱是新命名的或?qū)ζ湓械拿Q進行了更正。聚類分析以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，水稻和擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之間不僅在數(shù)目上是保守的，在蛋白序列和結(jié)構(gòu)特征上同樣比較保守。 為了研究水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中的功能，首先利用半定量rt-pcr的方法初步研究了上述基因在水稻不同組織中的時空表達模式。根據(jù)表達模式，水稻細胞周期關(guān)鍵凋節(jié)基因大致可分為五大類。這些基因中，同一基因家族成員之間具有相似的表達模式，而不同基因家族之間表達模式差異較大。暗示不同家族的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中可能起著不同的作用，而同一家族的基因成員之間可能存在功能冗余。 為精確地了

4、解水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因所表達的細胞和組織，隨機選取orysa；cyca2；1、orysa；cycb2；2、orysa；cycu4；4與orysa；cdkg；1四個基因進行了原位雜交分析。原位雜交結(jié)果顯示水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因具有時空表達特異性，特異地在細胞分裂旺盛的組織如根端分生組織、苗端分生組織以及發(fā)育的胚中表達。另外，原位雜交結(jié)果與半定量rt-pcr結(jié)果一致，證明通過半定量rt-pcr來研究基因表達模式的方法是比較可靠的。 為了研究生長素和細胞分裂素對水稻細胞周期關(guān)鍵基因的調(diào)節(jié)作用，利用半定量rt-pcr的方法研究了這兩種激素對上述基因表達的調(diào)控模式。結(jié)果顯示，生長素調(diào)控表達的基因有

5、29個，其中有25個基因的表達水平上調(diào)，4個基因的表達水平下調(diào)；細胞分裂素調(diào)控表達的基因有37個，其中，12個基因表達上調(diào)，25個基因表達下調(diào)；在這些表達變化的基因中，18個基因的表達同時受到生長素和細胞分裂素的調(diào)節(jié)。這表明生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達。 在種子中高水平表達的基因可能對種子的發(fā)育起著重要的作用。根據(jù)水稻90個細胞周期關(guān)鍵基因的表達模式，選取在種子中高水平表達的7個基因-orysa；cyca2；1、orysa；cycb1；1、orysa；cycb2；2、orysa；cdke、orysa；del1、orysa；dp1以及orysa；e2f

6、4，通過遺傳轉(zhuǎn)化分析其在水稻種子發(fā)育過程中的功能。觀察轉(zhuǎn)基因水稻的表型發(fā)現(xiàn)orysa；cycb1；1相關(guān)轉(zhuǎn)基因水稻植株的生殖發(fā)育異常，因此，對orysa；cycb1；1的功能進行了進一步的研究。 對轉(zhuǎn)基因植株進行表型分析發(fā)現(xiàn)，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻生殖發(fā)育異常，表現(xiàn)為部分花粉和子房敗育、結(jié)實率降低、種子發(fā)育異常、胚乳的發(fā)育受到抑制而胚的生長得到促進。組織學分析顯示，授粉后3天(3 dap)的轉(zhuǎn)基因水稻種子胚乳發(fā)育出現(xiàn)異常，胚與對照相比沒有顯著差異，9 dap的轉(zhuǎn)基因種子中胚乳幾乎消失，而胚與對照相比體積則增大三至四倍。在胚乳中特異敲除orysa；cycb1；1發(fā)現(xiàn)，pglu

7、a-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻能夠產(chǎn)生與上述表型類似的種子，表明orysa；cycb1；1直接調(diào)控水稻胚乳的發(fā)育，同時影響胚的發(fā)育。統(tǒng)計結(jié)果顯示，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻種子胚體積增大主要是由于細胞體積增加所致，與細胞數(shù)目無關(guān)。 半定量rt-pcr、熒光實時定量pcr、原位雜交以及pcycb1；1:gus轉(zhuǎn)基因水稻種子的組織學染色結(jié)果顯示，orysa；cycb1；1在分裂旺盛的組織和細胞中表達，尤其在發(fā)育早期種子的胚和胚乳中均表達，暗示該基因?qū)λ痉N子胚和胚乳的發(fā)育起調(diào)控作用。 對pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚乳的熒光實時定量pcr分析結(jié)果顯示，

8、種子發(fā)育相關(guān)基因fie和gw2的表達量上調(diào)。芯片分析結(jié)果表明，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚中，一些與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因表達水平變化顯著。暗示這些基因的表達可能受orysa；cycb1；1調(diào)節(jié)。 綜上所述，得出以下結(jié)論：水稻與擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在數(shù)目及結(jié)構(gòu)上相當保守；不同家族的水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中起著不同的作用，而同一家族成員之間可能存在功能冗余現(xiàn)象；生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達；orysa；cycb1；1的正常表達為水稻生殖發(fā)育所必需，該基因直接調(diào)控水稻胚乳的發(fā)育，并影響胚的發(fā)

9、育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)fie和gw2基因調(diào)控胚乳的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因調(diào)控胚的發(fā)育。正文內(nèi)容 細胞分裂是生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ)。近年來，細胞周期的調(diào)控機制逐漸為人們所關(guān)注。在高等植物中，細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子在雙子葉模式植物擬南芥中已經(jīng)被系統(tǒng)分析，但在單子葉模式植物水稻(oryza sativa)中研究則較少。水稻是我國重要的糧食作物，研究水稻細胞周期的調(diào)控機制對于有目的的改善水稻的農(nóng)藝性狀(如加速生長、增加株高、改善株型、提高千粒重等)進而提高水稻產(chǎn)量有著重要的意義。水稻基因組測序的完成及大量信息學數(shù)據(jù)的

10、出現(xiàn)為查找水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子提供了方便。為了獲得水稻所有的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，本研究根據(jù)擬南芥基因組提供的信息，在水稻公共數(shù)據(jù)庫中進行序列檢索，將檢索到的序列進行了信息挖掘，進而對水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達模式和功能進行了初步研究。 本研究通過序列比對獲得了90個水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的基因序列。這些調(diào)節(jié)因子包括44個細胞周期蛋白(cyclin)、25個細胞周期蛋白依賴性激酶(cdk)、7個細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(krp)、9個e2f轉(zhuǎn)錄因子，另外還有2個成視網(wǎng)膜瘤蛋白(rb)，2個wee激酶和1個細胞周期蛋白依賴性激酶亞單位(cks)。對這些調(diào)節(jié)因子的蛋白序列進行了聚類分

11、析并系統(tǒng)命名，其中有41個調(diào)控因子的名稱是新命名的或?qū)ζ湓械拿Q進行了更正。聚類分析以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，水稻和擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之間不僅在數(shù)目上是保守的，在蛋白序列和結(jié)構(gòu)特征上同樣比較保守。 為了研究水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中的功能，首先利用半定量rt-pcr的方法初步研究了上述基因在水稻不同組織中的時空表達模式。根據(jù)表達模式，水稻細胞周期關(guān)鍵凋節(jié)基因大致可分為五大類。這些基因中，同一基因家族成員之間具有相似的表達模式，而不同基因家族之間表達模式差異較大。暗示不同家族的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中可能起著不同的作用，而同一家族的基因成員之間可能存在功能冗余

12、。 為精確地了解水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因所表達的細胞和組織，隨機選取orysa；cyca2；1、orysa；cycb2；2、orysa；cycu4；4與orysa；cdkg；1四個基因進行了原位雜交分析。原位雜交結(jié)果顯示水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因具有時空表達特異性，特異地在細胞分裂旺盛的組織如根端分生組織、苗端分生組織以及發(fā)育的胚中表達。另外，原位雜交結(jié)果與半定量rt-pcr結(jié)果一致，證明通過半定量rt-pcr來研究基因表達模式的方法是比較可靠的。 為了研究生長素和細胞分裂素對水稻細胞周期關(guān)鍵基因的調(diào)節(jié)作用，利用半定量rt-pcr的方法研究了這兩種激素對上述基因表達的調(diào)控模式。結(jié)果顯示，生長素調(diào)

13、控表達的基因有29個，其中有25個基因的表達水平上調(diào)，4個基因的表達水平下調(diào)；細胞分裂素調(diào)控表達的基因有37個，其中，12個基因表達上調(diào)，25個基因表達下調(diào)；在這些表達變化的基因中，18個基因的表達同時受到生長素和細胞分裂素的調(diào)節(jié)。這表明生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達。 在種子中高水平表達的基因可能對種子的發(fā)育起著重要的作用。根據(jù)水稻90個細胞周期關(guān)鍵基因的表達模式，選取在種子中高水平表達的7個基因-orysa；cyca2；1、orysa；cycb1；1、orysa；cycb2；2、orysa；cdke、orysa；del1、orysa；dp1以及or

14、ysa；e2f4，通過遺傳轉(zhuǎn)化分析其在水稻種子發(fā)育過程中的功能。觀察轉(zhuǎn)基因水稻的表型發(fā)現(xiàn)orysa；cycb1；1相關(guān)轉(zhuǎn)基因水稻植株的生殖發(fā)育異常，因此，對orysa；cycb1；1的功能進行了進一步的研究。 對轉(zhuǎn)基因植株進行表型分析發(fā)現(xiàn)，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻生殖發(fā)育異常，表現(xiàn)為部分花粉和子房敗育、結(jié)實率降低、種子發(fā)育異常、胚乳的發(fā)育受到抑制而胚的生長得到促進。組織學分析顯示，授粉后3天(3 dap)的轉(zhuǎn)基因水稻種子胚乳發(fā)育出現(xiàn)異常，胚與對照相比沒有顯著差異，9 dap的轉(zhuǎn)基因種子中胚乳幾乎消失，而胚與對照相比體積則增大三至四倍。在胚乳中特異敲除orysa；cycb1；1

15、發(fā)現(xiàn)，pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻能夠產(chǎn)生與上述表型類似的種子，表明orysa；cycb1；1直接調(diào)控水稻胚乳的發(fā)育，同時影響胚的發(fā)育。統(tǒng)計結(jié)果顯示，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻種子胚體積增大主要是由于細胞體積增加所致，與細胞數(shù)目無關(guān)。 半定量rt-pcr、熒光實時定量pcr、原位雜交以及pcycb1；1:gus轉(zhuǎn)基因水稻種子的組織學染色結(jié)果顯示，orysa；cycb1；1在分裂旺盛的組織和細胞中表達，尤其在發(fā)育早期種子的胚和胚乳中均表達，暗示該基因?qū)λ痉N子胚和胚乳的發(fā)育起調(diào)控作用。 對pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚乳的熒光實時定量pcr

16、分析結(jié)果顯示，種子發(fā)育相關(guān)基因fie和gw2的表達量上調(diào)。芯片分析結(jié)果表明，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚中，一些與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因表達水平變化顯著。暗示這些基因的表達可能受orysa；cycb1；1調(diào)節(jié)。 綜上所述，得出以下結(jié)論：水稻與擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在數(shù)目及結(jié)構(gòu)上相當保守；不同家族的水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中起著不同的作用，而同一家族成員之間可能存在功能冗余現(xiàn)象；生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達；orysa；cycb1；1的正常表達為水稻生殖發(fā)育所必需，該基因直接調(diào)控水稻胚乳的發(fā)育

17、，并影響胚的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)fie和gw2基因調(diào)控胚乳的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因調(diào)控胚的發(fā)育。細胞分裂是生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ)。近年來，細胞周期的調(diào)控機制逐漸為人們所關(guān)注。在高等植物中，細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子在雙子葉模式植物擬南芥中已經(jīng)被系統(tǒng)分析，但在單子葉模式植物水稻(oryza sativa)中研究則較少。水稻是我國重要的糧食作物，研究水稻細胞周期的調(diào)控機制對于有目的的改善水稻的農(nóng)藝性狀(如加速生長、增加株高、改善株型、提高千粒重等)進而提高水稻產(chǎn)量有著重要的意義。水稻基因組測序的完成及大量信息學數(shù)

18、據(jù)的出現(xiàn)為查找水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子提供了方便。為了獲得水稻所有的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，本研究根據(jù)擬南芥基因組提供的信息，在水稻公共數(shù)據(jù)庫中進行序列檢索，將檢索到的序列進行了信息挖掘，進而對水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達模式和功能進行了初步研究。 本研究通過序列比對獲得了90個水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的基因序列。這些調(diào)節(jié)因子包括44個細胞周期蛋白(cyclin)、25個細胞周期蛋白依賴性激酶(cdk)、7個細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(krp)、9個e2f轉(zhuǎn)錄因子，另外還有2個成視網(wǎng)膜瘤蛋白(rb)，2個wee激酶和1個細胞周期蛋白依賴性激酶亞單位(cks)。對這些調(diào)節(jié)因子的蛋白序列進行了聚

19、類分析并系統(tǒng)命名，其中有41個調(diào)控因子的名稱是新命名的或?qū)ζ湓械拿Q進行了更正。聚類分析以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，水稻和擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之間不僅在數(shù)目上是保守的，在蛋白序列和結(jié)構(gòu)特征上同樣比較保守。 為了研究水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中的功能，首先利用半定量rt-pcr的方法初步研究了上述基因在水稻不同組織中的時空表達模式。根據(jù)表達模式，水稻細胞周期關(guān)鍵凋節(jié)基因大致可分為五大類。這些基因中，同一基因家族成員之間具有相似的表達模式，而不同基因家族之間表達模式差異較大。暗示不同家族的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中可能起著不同的作用，而同一家族的基因成員之間可能存在功能

20、冗余。 為精確地了解水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因所表達的細胞和組織，隨機選取orysa；cyca2；1、orysa；cycb2；2、orysa；cycu4；4與orysa；cdkg；1四個基因進行了原位雜交分析。原位雜交結(jié)果顯示水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因具有時空表達特異性，特異地在細胞分裂旺盛的組織如根端分生組織、苗端分生組織以及發(fā)育的胚中表達。另外，原位雜交結(jié)果與半定量rt-pcr結(jié)果一致，證明通過半定量rt-pcr來研究基因表達模式的方法是比較可靠的。 為了研究生長素和細胞分裂素對水稻細胞周期關(guān)鍵基因的調(diào)節(jié)作用，利用半定量rt-pcr的方法研究了這兩種激素對上述基因表達的調(diào)控模式。結(jié)果顯示，生長

21、素調(diào)控表達的基因有29個，其中有25個基因的表達水平上調(diào)，4個基因的表達水平下調(diào)；細胞分裂素調(diào)控表達的基因有37個，其中，12個基因表達上調(diào)，25個基因表達下調(diào)；在這些表達變化的基因中，18個基因的表達同時受到生長素和細胞分裂素的調(diào)節(jié)。這表明生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達。 在種子中高水平表達的基因可能對種子的發(fā)育起著重要的作用。根據(jù)水稻90個細胞周期關(guān)鍵基因的表達模式，選取在種子中高水平表達的7個基因-orysa；cyca2；1、orysa；cycb1；1、orysa；cycb2；2、orysa；cdke、orysa；del1、orysa；dp1以及

22、orysa；e2f4，通過遺傳轉(zhuǎn)化分析其在水稻種子發(fā)育過程中的功能。觀察轉(zhuǎn)基因水稻的表型發(fā)現(xiàn)orysa；cycb1；1相關(guān)轉(zhuǎn)基因水稻植株的生殖發(fā)育異常，因此，對orysa；cycb1；1的功能進行了進一步的研究。 對轉(zhuǎn)基因植株進行表型分析發(fā)現(xiàn)，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻生殖發(fā)育異常，表現(xiàn)為部分花粉和子房敗育、結(jié)實率降低、種子發(fā)育異常、胚乳的發(fā)育受到抑制而胚的生長得到促進。組織學分析顯示，授粉后3天(3 dap)的轉(zhuǎn)基因水稻種子胚乳發(fā)育出現(xiàn)異常，胚與對照相比沒有顯著差異，9 dap的轉(zhuǎn)基因種子中胚乳幾乎消失，而胚與對照相比體積則增大三至四倍。在胚乳中特異敲除orysa；cycb1

23、；1發(fā)現(xiàn)，pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻能夠產(chǎn)生與上述表型類似的種子，表明orysa；cycb1；1直接調(diào)控水稻胚乳的發(fā)育，同時影響胚的發(fā)育。統(tǒng)計結(jié)果顯示，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻種子胚體積增大主要是由于細胞體積增加所致，與細胞數(shù)目無關(guān)。 半定量rt-pcr、熒光實時定量pcr、原位雜交以及pcycb1；1:gus轉(zhuǎn)基因水稻種子的組織學染色結(jié)果顯示，orysa；cycb1；1在分裂旺盛的組織和細胞中表達，尤其在發(fā)育早期種子的胚和胚乳中均表達，暗示該基因?qū)λ痉N子胚和胚乳的發(fā)育起調(diào)控作用。 對pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚乳的熒光實時定量p

24、cr分析結(jié)果顯示，種子發(fā)育相關(guān)基因fie和gw2的表達量上調(diào)。芯片分析結(jié)果表明，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚中，一些與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因表達水平變化顯著。暗示這些基因的表達可能受orysa；cycb1；1調(diào)節(jié)。 綜上所述，得出以下結(jié)論：水稻與擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在數(shù)目及結(jié)構(gòu)上相當保守；不同家族的水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中起著不同的作用，而同一家族成員之間可能存在功能冗余現(xiàn)象；生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達；orysa；cycb1；1的正常表達為水稻生殖發(fā)育所必需，該基因直接調(diào)控水稻胚乳的

25、發(fā)育，并影響胚的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)fie和gw2基因調(diào)控胚乳的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因調(diào)控胚的發(fā)育。細胞分裂是生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ)。近年來，細胞周期的調(diào)控機制逐漸為人們所關(guān)注。在高等植物中，細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子在雙子葉模式植物擬南芥中已經(jīng)被系統(tǒng)分析，但在單子葉模式植物水稻(oryza sativa)中研究則較少。水稻是我國重要的糧食作物，研究水稻細胞周期的調(diào)控機制對于有目的的改善水稻的農(nóng)藝性狀(如加速生長、增加株高、改善株型、提高千粒重等)進而提高水稻產(chǎn)量有著重要的意義。水稻基因組測序的完成及大量信息

26、學數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為查找水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子提供了方便。為了獲得水稻所有的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，本研究根據(jù)擬南芥基因組提供的信息，在水稻公共數(shù)據(jù)庫中進行序列檢索，將檢索到的序列進行了信息挖掘，進而對水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達模式和功能進行了初步研究。 本研究通過序列比對獲得了90個水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的基因序列。這些調(diào)節(jié)因子包括44個細胞周期蛋白(cyclin)、25個細胞周期蛋白依賴性激酶(cdk)、7個細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(krp)、9個e2f轉(zhuǎn)錄因子，另外還有2個成視網(wǎng)膜瘤蛋白(rb)，2個wee激酶和1個細胞周期蛋白依賴性激酶亞單位(cks)。對這些調(diào)節(jié)因子的蛋白序列進行

27、了聚類分析并系統(tǒng)命名，其中有41個調(diào)控因子的名稱是新命名的或?qū)ζ湓械拿Q進行了更正。聚類分析以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，水稻和擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之間不僅在數(shù)目上是保守的，在蛋白序列和結(jié)構(gòu)特征上同樣比較保守。 為了研究水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中的功能，首先利用半定量rt-pcr的方法初步研究了上述基因在水稻不同組織中的時空表達模式。根據(jù)表達模式，水稻細胞周期關(guān)鍵凋節(jié)基因大致可分為五大類。這些基因中，同一基因家族成員之間具有相似的表達模式，而不同基因家族之間表達模式差異較大。暗示不同家族的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中可能起著不同的作用，而同一家族的基因成員之間可能存在

28、功能冗余。 為精確地了解水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因所表達的細胞和組織，隨機選取orysa；cyca2；1、orysa；cycb2；2、orysa；cycu4；4與orysa；cdkg；1四個基因進行了原位雜交分析。原位雜交結(jié)果顯示水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因具有時空表達特異性，特異地在細胞分裂旺盛的組織如根端分生組織、苗端分生組織以及發(fā)育的胚中表達。另外，原位雜交結(jié)果與半定量rt-pcr結(jié)果一致，證明通過半定量rt-pcr來研究基因表達模式的方法是比較可靠的。 為了研究生長素和細胞分裂素對水稻細胞周期關(guān)鍵基因的調(diào)節(jié)作用，利用半定量rt-pcr的方法研究了這兩種激素對上述基因表達的調(diào)控模式。結(jié)果顯示，

29、生長素調(diào)控表達的基因有29個，其中有25個基因的表達水平上調(diào)，4個基因的表達水平下調(diào)；細胞分裂素調(diào)控表達的基因有37個，其中，12個基因表達上調(diào)，25個基因表達下調(diào)；在這些表達變化的基因中，18個基因的表達同時受到生長素和細胞分裂素的調(diào)節(jié)。這表明生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達。 在種子中高水平表達的基因可能對種子的發(fā)育起著重要的作用。根據(jù)水稻90個細胞周期關(guān)鍵基因的表達模式，選取在種子中高水平表達的7個基因-orysa；cyca2；1、orysa；cycb1；1、orysa；cycb2；2、orysa；cdke、orysa；del1、orysa；dp1

30、以及orysa；e2f4，通過遺傳轉(zhuǎn)化分析其在水稻種子發(fā)育過程中的功能。觀察轉(zhuǎn)基因水稻的表型發(fā)現(xiàn)orysa；cycb1；1相關(guān)轉(zhuǎn)基因水稻植株的生殖發(fā)育異常，因此，對orysa；cycb1；1的功能進行了進一步的研究。 對轉(zhuǎn)基因植株進行表型分析發(fā)現(xiàn)，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻生殖發(fā)育異常，表現(xiàn)為部分花粉和子房敗育、結(jié)實率降低、種子發(fā)育異常、胚乳的發(fā)育受到抑制而胚的生長得到促進。組織學分析顯示，授粉后3天(3 dap)的轉(zhuǎn)基因水稻種子胚乳發(fā)育出現(xiàn)異常，胚與對照相比沒有顯著差異，9 dap的轉(zhuǎn)基因種子中胚乳幾乎消失，而胚與對照相比體積則增大三至四倍。在胚乳中特異敲除orysa；cyc

31、b1；1發(fā)現(xiàn)，pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻能夠產(chǎn)生與上述表型類似的種子，表明orysa；cycb1；1直接調(diào)控水稻胚乳的發(fā)育，同時影響胚的發(fā)育。統(tǒng)計結(jié)果顯示，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻種子胚體積增大主要是由于細胞體積增加所致，與細胞數(shù)目無關(guān)。 半定量rt-pcr、熒光實時定量pcr、原位雜交以及pcycb1；1:gus轉(zhuǎn)基因水稻種子的組織學染色結(jié)果顯示，orysa；cycb1；1在分裂旺盛的組織和細胞中表達，尤其在發(fā)育早期種子的胚和胚乳中均表達，暗示該基因?qū)λ痉N子胚和胚乳的發(fā)育起調(diào)控作用。 對pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚乳的熒光實時定

32、量pcr分析結(jié)果顯示，種子發(fā)育相關(guān)基因fie和gw2的表達量上調(diào)。芯片分析結(jié)果表明，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚中，一些與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因表達水平變化顯著。暗示這些基因的表達可能受orysa；cycb1；1調(diào)節(jié)。 綜上所述，得出以下結(jié)論：水稻與擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在數(shù)目及結(jié)構(gòu)上相當保守；不同家族的水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中起著不同的作用，而同一家族成員之間可能存在功能冗余現(xiàn)象；生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達；orysa；cycb1；1的正常表達為水稻生殖發(fā)育所必需，該基因直接調(diào)控水稻胚

33、乳的發(fā)育，并影響胚的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)fie和gw2基因調(diào)控胚乳的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因調(diào)控胚的發(fā)育。細胞分裂是生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ)。近年來，細胞周期的調(diào)控機制逐漸為人們所關(guān)注。在高等植物中，細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子在雙子葉模式植物擬南芥中已經(jīng)被系統(tǒng)分析，但在單子葉模式植物水稻(oryza sativa)中研究則較少。水稻是我國重要的糧食作物，研究水稻細胞周期的調(diào)控機制對于有目的的改善水稻的農(nóng)藝性狀(如加速生長、增加株高、改善株型、提高千粒重等)進而提高水稻產(chǎn)量有著重要的意義。水稻基因組測序的完成及大量

34、信息學數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為查找水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子提供了方便。為了獲得水稻所有的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，本研究根據(jù)擬南芥基因組提供的信息，在水稻公共數(shù)據(jù)庫中進行序列檢索，將檢索到的序列進行了信息挖掘，進而對水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達模式和功能進行了初步研究。 本研究通過序列比對獲得了90個水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的基因序列。這些調(diào)節(jié)因子包括44個細胞周期蛋白(cyclin)、25個細胞周期蛋白依賴性激酶(cdk)、7個細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(krp)、9個e2f轉(zhuǎn)錄因子，另外還有2個成視網(wǎng)膜瘤蛋白(rb)，2個wee激酶和1個細胞周期蛋白依賴性激酶亞單位(cks)。對這些調(diào)節(jié)因子的蛋白序列

35、進行了聚類分析并系統(tǒng)命名，其中有41個調(diào)控因子的名稱是新命名的或?qū)ζ湓械拿Q進行了更正。聚類分析以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，水稻和擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之間不僅在數(shù)目上是保守的，在蛋白序列和結(jié)構(gòu)特征上同樣比較保守。 為了研究水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中的功能，首先利用半定量rt-pcr的方法初步研究了上述基因在水稻不同組織中的時空表達模式。根據(jù)表達模式，水稻細胞周期關(guān)鍵凋節(jié)基因大致可分為五大類。這些基因中，同一基因家族成員之間具有相似的表達模式，而不同基因家族之間表達模式差異較大。暗示不同家族的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中可能起著不同的作用，而同一家族的基因成員之間可能

36、存在功能冗余。 為精確地了解水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因所表達的細胞和組織，隨機選取orysa；cyca2；1、orysa；cycb2；2、orysa；cycu4；4與orysa；cdkg；1四個基因進行了原位雜交分析。原位雜交結(jié)果顯示水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因具有時空表達特異性，特異地在細胞分裂旺盛的組織如根端分生組織、苗端分生組織以及發(fā)育的胚中表達。另外，原位雜交結(jié)果與半定量rt-pcr結(jié)果一致，證明通過半定量rt-pcr來研究基因表達模式的方法是比較可靠的。 為了研究生長素和細胞分裂素對水稻細胞周期關(guān)鍵基因的調(diào)節(jié)作用，利用半定量rt-pcr的方法研究了這兩種激素對上述基因表達的調(diào)控模式。結(jié)果顯

37、示，生長素調(diào)控表達的基因有29個，其中有25個基因的表達水平上調(diào)，4個基因的表達水平下調(diào)；細胞分裂素調(diào)控表達的基因有37個，其中，12個基因表達上調(diào)，25個基因表達下調(diào)；在這些表達變化的基因中，18個基因的表達同時受到生長素和細胞分裂素的調(diào)節(jié)。這表明生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達。 在種子中高水平表達的基因可能對種子的發(fā)育起著重要的作用。根據(jù)水稻90個細胞周期關(guān)鍵基因的表達模式，選取在種子中高水平表達的7個基因-orysa；cyca2；1、orysa；cycb1；1、orysa；cycb2；2、orysa；cdke、orysa；del1、orysa；d

38、p1以及orysa；e2f4，通過遺傳轉(zhuǎn)化分析其在水稻種子發(fā)育過程中的功能。觀察轉(zhuǎn)基因水稻的表型發(fā)現(xiàn)orysa；cycb1；1相關(guān)轉(zhuǎn)基因水稻植株的生殖發(fā)育異常，因此，對orysa；cycb1；1的功能進行了進一步的研究。 對轉(zhuǎn)基因植株進行表型分析發(fā)現(xiàn)，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻生殖發(fā)育異常，表現(xiàn)為部分花粉和子房敗育、結(jié)實率降低、種子發(fā)育異常、胚乳的發(fā)育受到抑制而胚的生長得到促進。組織學分析顯示，授粉后3天(3 dap)的轉(zhuǎn)基因水稻種子胚乳發(fā)育出現(xiàn)異常，胚與對照相比沒有顯著差異，9 dap的轉(zhuǎn)基因種子中胚乳幾乎消失，而胚與對照相比體積則增大三至四倍。在胚乳中特異敲除orysa；c

39、ycb1；1發(fā)現(xiàn)，pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻能夠產(chǎn)生與上述表型類似的種子，表明orysa；cycb1；1直接調(diào)控水稻胚乳的發(fā)育，同時影響胚的發(fā)育。統(tǒng)計結(jié)果顯示，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻種子胚體積增大主要是由于細胞體積增加所致，與細胞數(shù)目無關(guān)。 半定量rt-pcr、熒光實時定量pcr、原位雜交以及pcycb1；1:gus轉(zhuǎn)基因水稻種子的組織學染色結(jié)果顯示，orysa；cycb1；1在分裂旺盛的組織和細胞中表達，尤其在發(fā)育早期種子的胚和胚乳中均表達，暗示該基因?qū)λ痉N子胚和胚乳的發(fā)育起調(diào)控作用。 對pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚乳的熒光實

40、時定量pcr分析結(jié)果顯示，種子發(fā)育相關(guān)基因fie和gw2的表達量上調(diào)。芯片分析結(jié)果表明，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚中，一些與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因表達水平變化顯著。暗示這些基因的表達可能受orysa；cycb1；1調(diào)節(jié)。 綜上所述，得出以下結(jié)論：水稻與擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在數(shù)目及結(jié)構(gòu)上相當保守；不同家族的水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中起著不同的作用，而同一家族成員之間可能存在功能冗余現(xiàn)象；生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達；orysa；cycb1；1的正常表達為水稻生殖發(fā)育所必需，該基因直接調(diào)控水

41、稻胚乳的發(fā)育，并影響胚的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)fie和gw2基因調(diào)控胚乳的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因調(diào)控胚的發(fā)育。細胞分裂是生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ)。近年來，細胞周期的調(diào)控機制逐漸為人們所關(guān)注。在高等植物中，細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子在雙子葉模式植物擬南芥中已經(jīng)被系統(tǒng)分析，但在單子葉模式植物水稻(oryza sativa)中研究則較少。水稻是我國重要的糧食作物，研究水稻細胞周期的調(diào)控機制對于有目的的改善水稻的農(nóng)藝性狀(如加速生長、增加株高、改善株型、提高千粒重等)進而提高水稻產(chǎn)量有著重要的意義。水稻基因組測序的完成及

42、大量信息學數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為查找水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子提供了方便。為了獲得水稻所有的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，本研究根據(jù)擬南芥基因組提供的信息，在水稻公共數(shù)據(jù)庫中進行序列檢索，將檢索到的序列進行了信息挖掘，進而對水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達模式和功能進行了初步研究。 本研究通過序列比對獲得了90個水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的基因序列。這些調(diào)節(jié)因子包括44個細胞周期蛋白(cyclin)、25個細胞周期蛋白依賴性激酶(cdk)、7個細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(krp)、9個e2f轉(zhuǎn)錄因子，另外還有2個成視網(wǎng)膜瘤蛋白(rb)，2個wee激酶和1個細胞周期蛋白依賴性激酶亞單位(cks)。對這些調(diào)節(jié)因子的蛋白

43、序列進行了聚類分析并系統(tǒng)命名，其中有41個調(diào)控因子的名稱是新命名的或?qū)ζ湓械拿Q進行了更正。聚類分析以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，水稻和擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之間不僅在數(shù)目上是保守的，在蛋白序列和結(jié)構(gòu)特征上同樣比較保守。 為了研究水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中的功能，首先利用半定量rt-pcr的方法初步研究了上述基因在水稻不同組織中的時空表達模式。根據(jù)表達模式，水稻細胞周期關(guān)鍵凋節(jié)基因大致可分為五大類。這些基因中，同一基因家族成員之間具有相似的表達模式，而不同基因家族之間表達模式差異較大。暗示不同家族的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中可能起著不同的作用，而同一家族的基因成員之間

44、可能存在功能冗余。 為精確地了解水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因所表達的細胞和組織，隨機選取orysa；cyca2；1、orysa；cycb2；2、orysa；cycu4；4與orysa；cdkg；1四個基因進行了原位雜交分析。原位雜交結(jié)果顯示水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因具有時空表達特異性，特異地在細胞分裂旺盛的組織如根端分生組織、苗端分生組織以及發(fā)育的胚中表達。另外，原位雜交結(jié)果與半定量rt-pcr結(jié)果一致，證明通過半定量rt-pcr來研究基因表達模式的方法是比較可靠的。 為了研究生長素和細胞分裂素對水稻細胞周期關(guān)鍵基因的調(diào)節(jié)作用，利用半定量rt-pcr的方法研究了這兩種激素對上述基因表達的調(diào)控模式。結(jié)

45、果顯示，生長素調(diào)控表達的基因有29個，其中有25個基因的表達水平上調(diào)，4個基因的表達水平下調(diào)；細胞分裂素調(diào)控表達的基因有37個，其中，12個基因表達上調(diào)，25個基因表達下調(diào)；在這些表達變化的基因中，18個基因的表達同時受到生長素和細胞分裂素的調(diào)節(jié)。這表明生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達。 在種子中高水平表達的基因可能對種子的發(fā)育起著重要的作用。根據(jù)水稻90個細胞周期關(guān)鍵基因的表達模式，選取在種子中高水平表達的7個基因-orysa；cyca2；1、orysa；cycb1；1、orysa；cycb2；2、orysa；cdke、orysa；del1、orysa

46、；dp1以及orysa；e2f4，通過遺傳轉(zhuǎn)化分析其在水稻種子發(fā)育過程中的功能。觀察轉(zhuǎn)基因水稻的表型發(fā)現(xiàn)orysa；cycb1；1相關(guān)轉(zhuǎn)基因水稻植株的生殖發(fā)育異常，因此，對orysa；cycb1；1的功能進行了進一步的研究。 對轉(zhuǎn)基因植株進行表型分析發(fā)現(xiàn)，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻生殖發(fā)育異常，表現(xiàn)為部分花粉和子房敗育、結(jié)實率降低、種子發(fā)育異常、胚乳的發(fā)育受到抑制而胚的生長得到促進。組織學分析顯示，授粉后3天(3 dap)的轉(zhuǎn)基因水稻種子胚乳發(fā)育出現(xiàn)異常，胚與對照相比沒有顯著差異，9 dap的轉(zhuǎn)基因種子中胚乳幾乎消失，而胚與對照相比體積則增大三至四倍。在胚乳中特異敲除orysa

47、；cycb1；1發(fā)現(xiàn)，pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻能夠產(chǎn)生與上述表型類似的種子，表明orysa；cycb1；1直接調(diào)控水稻胚乳的發(fā)育，同時影響胚的發(fā)育。統(tǒng)計結(jié)果顯示，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻種子胚體積增大主要是由于細胞體積增加所致，與細胞數(shù)目無關(guān)。 半定量rt-pcr、熒光實時定量pcr、原位雜交以及pcycb1；1:gus轉(zhuǎn)基因水稻種子的組織學染色結(jié)果顯示，orysa；cycb1；1在分裂旺盛的組織和細胞中表達，尤其在發(fā)育早期種子的胚和胚乳中均表達，暗示該基因?qū)λ痉N子胚和胚乳的發(fā)育起調(diào)控作用。 對pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚乳的熒

48、光實時定量pcr分析結(jié)果顯示，種子發(fā)育相關(guān)基因fie和gw2的表達量上調(diào)。芯片分析結(jié)果表明，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚中，一些與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因表達水平變化顯著。暗示這些基因的表達可能受orysa；cycb1；1調(diào)節(jié)。 綜上所述，得出以下結(jié)論：水稻與擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在數(shù)目及結(jié)構(gòu)上相當保守；不同家族的水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中起著不同的作用，而同一家族成員之間可能存在功能冗余現(xiàn)象；生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達；orysa；cycb1；1的正常表達為水稻生殖發(fā)育所必需，該基因直接調(diào)

49、控水稻胚乳的發(fā)育，并影響胚的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)fie和gw2基因調(diào)控胚乳的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因調(diào)控胚的發(fā)育。細胞分裂是生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ)。近年來，細胞周期的調(diào)控機制逐漸為人們所關(guān)注。在高等植物中，細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子在雙子葉模式植物擬南芥中已經(jīng)被系統(tǒng)分析，但在單子葉模式植物水稻(oryza sativa)中研究則較少。水稻是我國重要的糧食作物，研究水稻細胞周期的調(diào)控機制對于有目的的改善水稻的農(nóng)藝性狀(如加速生長、增加株高、改善株型、提高千粒重等)進而提高水稻產(chǎn)量有著重要的意義。水稻基因組測序的完

50、成及大量信息學數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為查找水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子提供了方便。為了獲得水稻所有的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，本研究根據(jù)擬南芥基因組提供的信息，在水稻公共數(shù)據(jù)庫中進行序列檢索，將檢索到的序列進行了信息挖掘，進而對水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達模式和功能進行了初步研究。 本研究通過序列比對獲得了90個水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的基因序列。這些調(diào)節(jié)因子包括44個細胞周期蛋白(cyclin)、25個細胞周期蛋白依賴性激酶(cdk)、7個細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(krp)、9個e2f轉(zhuǎn)錄因子，另外還有2個成視網(wǎng)膜瘤蛋白(rb)，2個wee激酶和1個細胞周期蛋白依賴性激酶亞單位(cks)。對這些調(diào)節(jié)因子的

51、蛋白序列進行了聚類分析并系統(tǒng)命名，其中有41個調(diào)控因子的名稱是新命名的或?qū)ζ湓械拿Q進行了更正。聚類分析以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，水稻和擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之間不僅在數(shù)目上是保守的，在蛋白序列和結(jié)構(gòu)特征上同樣比較保守。 為了研究水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中的功能，首先利用半定量rt-pcr的方法初步研究了上述基因在水稻不同組織中的時空表達模式。根據(jù)表達模式，水稻細胞周期關(guān)鍵凋節(jié)基因大致可分為五大類。這些基因中，同一基因家族成員之間具有相似的表達模式，而不同基因家族之間表達模式差異較大。暗示不同家族的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中可能起著不同的作用，而同一家族的基因成員

52、之間可能存在功能冗余。 為精確地了解水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因所表達的細胞和組織，隨機選取orysa；cyca2；1、orysa；cycb2；2、orysa；cycu4；4與orysa；cdkg；1四個基因進行了原位雜交分析。原位雜交結(jié)果顯示水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因具有時空表達特異性，特異地在細胞分裂旺盛的組織如根端分生組織、苗端分生組織以及發(fā)育的胚中表達。另外，原位雜交結(jié)果與半定量rt-pcr結(jié)果一致，證明通過半定量rt-pcr來研究基因表達模式的方法是比較可靠的。 為了研究生長素和細胞分裂素對水稻細胞周期關(guān)鍵基因的調(diào)節(jié)作用，利用半定量rt-pcr的方法研究了這兩種激素對上述基因表達的調(diào)控模式

53、。結(jié)果顯示，生長素調(diào)控表達的基因有29個，其中有25個基因的表達水平上調(diào)，4個基因的表達水平下調(diào)；細胞分裂素調(diào)控表達的基因有37個，其中，12個基因表達上調(diào)，25個基因表達下調(diào)；在這些表達變化的基因中，18個基因的表達同時受到生長素和細胞分裂素的調(diào)節(jié)。這表明生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達。 在種子中高水平表達的基因可能對種子的發(fā)育起著重要的作用。根據(jù)水稻90個細胞周期關(guān)鍵基因的表達模式，選取在種子中高水平表達的7個基因-orysa；cyca2；1、orysa；cycb1；1、orysa；cycb2；2、orysa；cdke、orysa；del1、ory

54、sa；dp1以及orysa；e2f4，通過遺傳轉(zhuǎn)化分析其在水稻種子發(fā)育過程中的功能。觀察轉(zhuǎn)基因水稻的表型發(fā)現(xiàn)orysa；cycb1；1相關(guān)轉(zhuǎn)基因水稻植株的生殖發(fā)育異常，因此，對orysa；cycb1；1的功能進行了進一步的研究。 對轉(zhuǎn)基因植株進行表型分析發(fā)現(xiàn)，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻生殖發(fā)育異常，表現(xiàn)為部分花粉和子房敗育、結(jié)實率降低、種子發(fā)育異常、胚乳的發(fā)育受到抑制而胚的生長得到促進。組織學分析顯示，授粉后3天(3 dap)的轉(zhuǎn)基因水稻種子胚乳發(fā)育出現(xiàn)異常，胚與對照相比沒有顯著差異，9 dap的轉(zhuǎn)基因種子中胚乳幾乎消失，而胚與對照相比體積則增大三至四倍。在胚乳中特異敲除ory

55、sa；cycb1；1發(fā)現(xiàn)，pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻能夠產(chǎn)生與上述表型類似的種子，表明orysa；cycb1；1直接調(diào)控水稻胚乳的發(fā)育，同時影響胚的發(fā)育。統(tǒng)計結(jié)果顯示，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻種子胚體積增大主要是由于細胞體積增加所致，與細胞數(shù)目無關(guān)。 半定量rt-pcr、熒光實時定量pcr、原位雜交以及pcycb1；1:gus轉(zhuǎn)基因水稻種子的組織學染色結(jié)果顯示，orysa；cycb1；1在分裂旺盛的組織和細胞中表達，尤其在發(fā)育早期種子的胚和胚乳中均表達，暗示該基因?qū)λ痉N子胚和胚乳的發(fā)育起調(diào)控作用。 對pglua-1:cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚乳

56、的熒光實時定量pcr分析結(jié)果顯示，種子發(fā)育相關(guān)基因fie和gw2的表達量上調(diào)。芯片分析結(jié)果表明，pubi：cycb1；1rnai轉(zhuǎn)基因水稻胚中，一些與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因表達水平變化顯著。暗示這些基因的表達可能受orysa；cycb1；1調(diào)節(jié)。 綜上所述，得出以下結(jié)論：水稻與擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在數(shù)目及結(jié)構(gòu)上相當保守；不同家族的水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中起著不同的作用，而同一家族成員之間可能存在功能冗余現(xiàn)象；生長素和細胞分裂素能夠分別或著同時調(diào)節(jié)不同水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達；orysa；cycb1；1的正常表達為水稻生殖發(fā)育所必需，該基因直

57、接調(diào)控水稻胚乳的發(fā)育，并影響胚的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)fie和gw2基因調(diào)控胚乳的發(fā)育；orysa；cycb1；1可能通過調(diào)節(jié)與發(fā)育進程、形態(tài)建成及細胞壁組織結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基因調(diào)控胚的發(fā)育。細胞分裂是生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ)。近年來，細胞周期的調(diào)控機制逐漸為人們所關(guān)注。在高等植物中，細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子在雙子葉模式植物擬南芥中已經(jīng)被系統(tǒng)分析，但在單子葉模式植物水稻(oryza sativa)中研究則較少。水稻是我國重要的糧食作物，研究水稻細胞周期的調(diào)控機制對于有目的的改善水稻的農(nóng)藝性狀(如加速生長、增加株高、改善株型、提高千粒重等)進而提高水稻產(chǎn)量有著重要的意義。水稻基因組測序

58、的完成及大量信息學數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為查找水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子提供了方便。為了獲得水稻所有的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，本研究根據(jù)擬南芥基因組提供的信息，在水稻公共數(shù)據(jù)庫中進行序列檢索，將檢索到的序列進行了信息挖掘，進而對水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達模式和功能進行了初步研究。 本研究通過序列比對獲得了90個水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的基因序列。這些調(diào)節(jié)因子包括44個細胞周期蛋白(cyclin)、25個細胞周期蛋白依賴性激酶(cdk)、7個細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(krp)、9個e2f轉(zhuǎn)錄因子，另外還有2個成視網(wǎng)膜瘤蛋白(rb)，2個wee激酶和1個細胞周期蛋白依賴性激酶亞單位(cks)。對這些調(diào)節(jié)因

59、子的蛋白序列進行了聚類分析并系統(tǒng)命名，其中有41個調(diào)控因子的名稱是新命名的或?qū)ζ湓械拿Q進行了更正。聚類分析以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，水稻和擬南芥的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之間不僅在數(shù)目上是保守的，在蛋白序列和結(jié)構(gòu)特征上同樣比較保守。 為了研究水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中的功能，首先利用半定量rt-pcr的方法初步研究了上述基因在水稻不同組織中的時空表達模式。根據(jù)表達模式，水稻細胞周期關(guān)鍵凋節(jié)基因大致可分為五大類。這些基因中，同一基因家族成員之間具有相似的表達模式，而不同基因家族之間表達模式差異較大。暗示不同家族的細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因在水稻發(fā)育過程中可能起著不同的作用，而同一家族的基因成員之間可能存在功能冗余。 為精確地了解水稻細胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因所表達的細胞和組織，隨機選取orysa；cyca2；1、orysa；cycb2；2、orysa；cycu4；