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水稻OsMS2 基因在花药发育中的功能分析

植物学通报Chinese Bulletin of Botany 2008, 25 (6): 665?672, w w https://www.wendangku.net/doc/9a3537425.html,

收稿日期: 2008-01-31; 接受日期: 2008-05-27

基金项目: 国家自然科学基金(No.30671127)、973计划(No.2005CB120802)和上海高校优青基金(No.RE 566)

* 通讯作者。E-mail: s enzhang@https://www.wendangku.net/doc/9a3537425.html,.c n

.实验简报.

水稻OsMS2基因在花药发育中的功能分析

方子君, 石其龙, 杨仲南, 张森*

上海师范大学生命与环境科学学院, 上海 200234

摘要 拟南芥MS2(MALE STERILITY 2)是一个调控花药花粉发育的关键基因。水稻OsMS2(Os03g07140)基因与拟南芥MS2的序列具有高度同源性。利用RNA 干扰技术研究OsMS2基因在水稻花药发育过程中的功能。与野生型水稻相比, 转基因植株营养生长阶段正常, 但雄性育性降低。转基因植株雄性育性降低与RNA 干扰引起的OsMS2基因表达水平降低有关。进一步对转基因植株花药进行细胞学观察, 结果表明OsMS2基因表达水平的降低导致绒毡层细胞退化延迟, 小孢子壁的形成出现异常。扫描电镜观察结果显示, 小孢子壁光滑, 不能形成正常的外壁。以上结果表明OsMS2基因在水稻花药发育过程中起重要作用。

关键词 花药发育, 生育率, 水稻, 花粉, RNA 干扰

方子君, 石其龙, 杨仲南, 张森 (2008). 水稻Os MS2基因在花药发育中的功能分析. 植物学通报 25, 665-672.

高等植物的花药发育过程一般可分为2个阶段, 第

1阶段是花药的形态建成, 包括小孢子母细胞的形成和小

孢子母细胞经过减数分裂形成四分体小孢子; 第2阶段

为花粉的形成, 包括四分体小孢子的释放、小孢子有丝

分裂形成花粉、花药组织衰退、花粉囊破裂及花粉粒

释放(Goldberg et al.,1993)。在整个花药发育过程中

有大量的基因在花药各组织中表达, 据统计仅特异性表

达的基因就有3 500个(Sanders et al.,1999), 而其中

的60-100个基因为花药发育所必需, 这些必需基因中

任何一个发生突变都会导致雄性不育(W ilson et al.,

2001)。据不完全统计, 目前在拟南芥(Ar ab id ops is

thaliana )中已分离克隆到20多个花药发育必需基因。

水稻(Oryza sativa )是世界上最重要的粮食作物之

一, 也是单子叶植物的理想模式作物(蒋家焕等, 2003)。

水稻杂交育种为其产量的提高做出了重大贡献, 水稻育

性相关基因的研究具有重要意义。近年来随着水稻基

因组测序的完成, 在水稻中已克隆到许多花药特异表达

基因, 其中有多个为花药发育必需基因(如U D T 1、

TDR 、OsGAMYB 、UGP1、AID1和OsNOP ), 这些

基因的突变会导致雄性不育。UDT1(UN DEV ELO P-MENT TAPETUM 1) 基因从减数分裂早期开始表达, 在绒毡层的发育过程中起重要作用 (Jung et al., 2005)。TDR (TAPETUM DEGENERATION RETARDATION )基因编码一个 BHLH 家族蛋白, 其突变将引起绒毡层和中层细胞降解延迟, 从而导致花粉败育(Li et al., 2006)。OsGAMYB 基因编码一个转录因子, 它不仅在糊粉层中诱导淀粉酶的形成, 同时对花粉发育也起调控作用(Kaneko et al., 2004)。UGP1 基因在小孢子母细胞减数分裂过程中为胼胝质的沉积所必需, 同时在质外体卸载途径和花粉发育过程中起桥梁作用(Chen et al.,2007)。AID1(ANTHER INDEHISCENCE1)基因编码一个与花药发育相关的MYB 转录因子, 主要调节花粉成熟阶段的细胞程序性死亡和次生代谢物的沉积, 从而影响花粉成熟和花药开裂。该基因的突变体由于花药开裂推迟而导致部分不育(Zhu et al., 2004)。OsNOP 基因编码含C2-GRAM 结构域的蛋白, 涉及钙和磷酸肌醇信号通路的转导。该基因的突变体在花药发育后期不正常, 不能形成成熟花粉粒(Jiang et al., 2005)。拟南芥MS2基因编码一个脂肪酰基还原酶, 在四分体释放出小孢子时期调控绒毡层的发育和花粉外壁的形

666植物学通报 25(6) 2008

成。该基因的突变使小孢子不能发育成可育的花粉从而导致雄性不育(Aarts et al., 1997)。MS2 作为一个调控育性的关键基因在水稻中至今还未见相关的报道。Jung等(2005)在研究UDT1基因功能时将Os03g07140命名为OsMS2基因。同源性比较发现, 在水稻基因组中, Os03g07140 (OsMS2)基因与拟南芥MS2的核苷酸序列同源性最高, 达到了75%。本研究利用RNAi技术对OsMS2 基因进行敲除, 以阐明该基因在水稻花药发育过程中的功能。

1材料与方法

1.1植物材料

取水稻粳稻(Oryza sativa ssp. japonica)品种日本晴的成熟种子, 去壳, 经常规方法消毒, 26°C黑暗下在N6D2固体培养基上诱导出愈伤组织待用。

1.2菌株与质粒

pM D18-T载体购自大连Ta Ka Ra公司; pB lu es cr-iptSK、pRTL22、pCAMBIA-1301、大肠杆菌DH5α菌株及农杆菌EHA105菌株均由本实验室保存。

1.3 GenBank数据库检索和基因序列分析

利用Bla st检索水稻的表达序列标签(expressed se-quence tag, EST)和nr数据库, 找到几条与拟南芥MS2基因具有高度同源性的EST 片段和相应的水稻基因组序列。通过比较分析,对位于水稻第3条染色体上的Os03g07-140 (OsMS2)基因进行RNA干扰, 以研究其功能。

1.4构建OsMS2-RNAi载体

利用设计的一对引物(DF,5'- TTCCTCTTCCAGCAC-TTCACGG-3'; DR,5'-TGGTCTGCTCGACGGACTTGG -3')从水稻基因组DNA中扩增OsMS2基因外显子226 bp片段(2178-2 303),连接到pMD18-T Vec tor (TaKaRa)中, 获得pEXON质粒。用Kpn I和Hin cII双酶切pEX ON, 将切下的片段连接到中间载体pIN135(俞竹青等, 2006)的相应位点上; 再用Sac I和Pst I双酶切pEX ON, 将切下的片段连接到中间载体pIN135的相应位点, 获得pIN135E质粒(外源基因片段以相反方向分别插入到pIN135内含子的上游和下游)。然后用Kpn I酶切pIN135E, 将酶切下的目的片段连入含35S启动子和终止子的中间载体p R T L22的c位点,得到载体pRTL22E。最后用Hin dIII酶切pRTL22, 将切下的片段连入双元载体pCAMBIA-1301的Hin dIII位点, 构建得到RNAi载体OsMS2-RNAi。

1.5根癌农杆菌介导的遗传转化和转基因植株的获得

采用农杆菌介导法将OsMS2-RNAi 表达载体进行水稻的遗传转化(刘巧泉等, 1998)。挑选新鲜且生长致密的颗粒状水稻愈伤在含OsMS2-RNAi质粒的农杆菌悬浮液中浸泡20分钟,用滤纸吸去多余的菌液,放置在N6D2-As培养基上, 26°C黑暗下培养3天, 转移至含潮霉素的筛选培养基上选择培养。20天后, 将生长旺盛的具潮霉素抗性的愈伤转移至预分化培养基中, 8天后再转移到分化培养基上分化培养(每天光照12小时)。再生的小苗在1/2分化培养基上生根壮苗。最后, 将潮霉素抗性植株移栽到土里继续生长。

1.6 GUS活性的组织化学检测

水稻细胞中GUS报告基因的表达测定参照Jefferson等(1986)的方法并略有改进(钟晓丽等, 2007)。将水稻组织浸入含X-Gluc的溶液中, 37°C保温过夜, 之后用70%乙醇浸泡除去叶绿素, 以野生型水稻组织作为对照。

1.7转基因植株的PCR鉴定

利用CTAB法(Murray and Thompson, 1980)提取水稻叶片总DNA。PCR扩增潮霉素抗性基因片段所用的引物序列: HF, 5'-GATCGTTATGTTTATCGGCACT-3'; HR, 5'-TTGGCGACCTCGTATTGG-3'。PCR反应条件: 94°C 3分钟; 94°C 30秒, 54°C 30秒, 72°C 30秒, 40个循环; 72°C 延伸5分钟。最终可扩增出500 bp 大小的产物。

667方子君等: 水稻OsMS2基因在花药发育中的功能分析

1.8 RT-PCR分析

选取5-10 cm长的花序、新鲜叶片和茎为材料分别提取总RNA。将各植株的总RNA稀释成相同的浓度, 用AMV第一链cDNA合成试剂盒(购自上海生工生物工程技术服务有限公司)进行反转录, 以第一链cDNA为模板,进行PCR扩增。正向和反向引物分别为: MS2RT, F, 5'-G A C A GA G G C A A G G TG TGG TG-3',R,5'-GGTGCTCTCGATGACGCTT-3'; OsActin1, F, 5'-C C TC G TC TC G A C C TT G C TG G G-3',R,5'-GAGAACAAGCAGGAGGACGGC-3' (Xiao et al., 2003)。PCR反应条件: 94°C1分钟, 56°C1分钟, 72°C 1分钟, 30个循环。

1.9花药的细胞学观察

将水稻小穗放入FAA固定液(50%乙醇, 0.9 mol

.L-1冰醋酸, 3.7%甲醛)中, 4°C过夜。材料经过不同浓度乙醇脱水后进行透蜡、包埋和切片。脱蜡后用甲苯胺蓝染色, 常规脱水、透明、封片后, 在显微镜下观察花药的形态和结构(李正理, 1987)。

1.10花粉扫描电镜观察

取野生型和转基因植株的新鲜成熟花粉直接撒在粘有双面胶的样品托上, 真空喷镀, 置于JEOL-JSM-6380LV 扫描电子显微镜下进行观察。

2结果与分析

2.1OsMS2 在水稻各组织中的表达

拟南芥MS2 基因是调控花药发育的关键基因, 在花药中特异表达。生物信息学分析表明, 水稻Os03g07140 (OsMS2) 基因与拟南芥MS2基因的同源性最高, 达到75%。我们利用RT-PCR方法分析了OsMS2基因在水稻不同组织中的表达情况, 结果表明该基因仅在花组织中表达(图1)。因此水稻中OsMS2基因和拟南芥MS2基因不仅核苷酸序列同源性很高, 而且它们的组织特异性表达也非常相似。2.2 OsMS2-RNAi载体的构建和转基因植株的获得

RNA干涉(RNA interference, RNAi)是由双链RNA (double stranded RNA, dsRNA)引起的转录后基因沉默现象, 它可以作为一种有力的工具在多种有机体中抑制特异基因的表达, 进而调控细胞的各种生命活动(牛莉莉和安利佳, 2004)。

本实验根据RNAi的原理构建了针对OsMS2基因的RNAi载体。OsMS2-RNAi载体的T-DNA区(图2)主要包含了水稻B1008C01.3基因的内含子和OsMS2基因的部分外显子(分别以相反方向连入内含子的上、下游)。将构建好的O s M S2-R N A i载体转化农杆菌EHA105, 利用农杆菌介导的方法进行水稻转基因, 经潮霉素抗性筛选, 共得到13棵抗性植株。

2.3转基因植株的PCR检测和GUS活性的组织化学检测

以提取的抗性植株叶片总DNA为模板, 用位于潮霉素抗性基因上的引物和目的基因上的引物进行P CR检测。所有转基因植株均能扩增出预期长度为500 bp的潮霉素抗性基因片段和长度为630 bp的目的基因片段(包括1段内含子和2段目的基因外显子片段), 而野生型日本晴植株(阴性对照)未扩增出相应的条带(图3A,B)。PCR分析结果表明, 潮霉素抗性基因和目的基因片段已

经整合到所有转基因植株的基因组中。

图1 Os MS2基因在水稻不同组织中表达的RT-PCR分析gDNA: 基因组DNA; F: 花; L: 叶; S: 茎

Figure 1 RT-PCR analysis of the expres sion pattern of OsMS2 gene in var ious tissues of w ide-type Or yza s ati va

gDNA: Genomic DNA; F: Flow er; L: Leaf; S: Stem

668植物学通报 25(6) 2008

我们还对转基因植株的不同组织进行了G US 染

色。抗性愈伤组织和抗性植株组织的GUS 染色结果均

呈阳性, 而作为阴性对照的未转化愈伤组织和野生型植

株中则未检测到G US 基因的表达(图4)。G US 活性

检测结果同样说明GUS 报告基因已经整合到所有转基

因植株基因组中。

潮霉素抗性基因、目的基因和GUS 报告基因都是Os MS 2-RN Ai 载体的组成部分。上述检测结果说明

OsMS2-RNAi 载体目的基因已经整合到转基因植株中。

2.4 转基因植株的表型特征和扫描电镜结果所有13棵转基因植株在营养生长期与野生型没有区别,但在育性方面出现不同程度的下降。其中有3株抽穗后很少有小穗扬花, 表现为完全不育或接近不育, 另外10株转基因植株育性均有不同程度的下降(结实率约为20%-60%)(表1)。为了了解OsMS2-RNAi 转基因植

图2 Os MS2-RNA i 载体上T-DNA 区的结构

Intron: 水稻B1008C01.3基因的第一内含子(135 bp); E xon: Os MS2基因的外显子(226 bp); LB 及RB: T-DNA 的左右边界; NOS-ter:NOS 基因终止子; 35S-pr o 及35S-ter : CaMV 35S 的启动子和终止子

Figur e 2 The s tructure of T-DNA region in OsMS2-RNA i v ector

Intron: The fir st intr on of r ice B1008C01.3 gene (135 bp); E x on: The ex on fragment of r ice OsMS2 gene (226 bp); LB and RB: The lef t and right boundary of T-DNA; NOS-ter: The terminator of NOS gene; 35S-pro and 35S-ter: The promoter and ter minator of CaMV

35S

图3 潮霉素抗性植株的PCR 检测

(A) 潮霉素抗性基因P CR 产物; (B) 目的基因PCR 产物

M: DNA 标准样品; P : pCAMBIA-1301质粒(正对照); WT: 野生型

基因组DNA (负对照); m1-m13: 13棵抗性植株

Figur e 3 PCR analys is of hygromy cin-resis tant plants

(A) P CR band of Hyg ; (B) PCR band of the introduced fr agment

of Os MS2 gene

M: DNA marker ; P : P las mid pCA MBIA-1301 (pos itiv e c ontr ol);

WT: Wide-type plant genomic DNA (negative c ontrol); m1-m13:

Hy gromyc in-res is

tant plants 图4 转基因植株GUS 染色(A) 愈伤组织; (B) 叶片; (C) 花药WT: 野生型; OsMS2-RNAi: 转基因植株Figur e 4 GUS-s taining of OsMS2-RNAi tr ans genic plant (A) Callus; (B) Leaf; (C) A nther WT: Wild ty pe; Os MS2-RNAi: Tr ans genic plant

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方子君等: 水稻OsMS2基因在花药发育中的功能分析株育性变化发生的原因, 对转基因不育植株(m1)与野生

型植株的花药进行亚历山大染色(Alexande r, 1969)。

结果显示野生型花粉都被染成紫红色, 表明其花粉有活

性, 而不育性状的转基因植株m1花粉则显浅蓝色, 说明

花粉没有活性(图5A, B)。扫描电镜结果显示, 转基因

不育植株m1的花粉皱缩、形状不规则, 花粉外壁比野

生型的光滑(图5C )。这些结果说明转基因不育植株的

花粉发育不正常, 其不育性状是由花粉的败育造成的。

2.5 转基因植株花药的细胞学观察

为了进一步分析转基因植株不育的原因, 我们利用组织

切片技术对转基因不育植株m1与野生型花药发育的各

个时期进行细胞学观察和比较, 从而了解OsMS2基因

在花药发育过程中的作用。细胞学观察结果显示,

OsMS2-RNAi 转基因不育植株m1在花药发育早期是正常的, 与野生型没有区别, 花粉母细胞可以进行减数分裂, 形成四分体小孢子, 四分体能释放小孢子(图6A ,B)。但到小孢子发育后期(图6C), m1花药的绒毡层细胞仍处在液泡化状态, 而野生型的绒毡层已经降解为山丘状(冯九焕等, 2001)。到了二胞花粉早期(图6D), m1花药的绒毡层仍存在, 而野生型的绒毡层仅剩下一些残片, 同时m 1中的小孢子壁没有像野生型那样明显增厚。这些结果表明, OsMS2-RNAi 转基因不育植株m1花药发育过程中绒毡层细胞降解延迟, 小孢子壁的形成出现异常, 最终导致转基因植株花粉育性降低, 并造成转基因植株结实率下降。表1 转基因植株与野生型植株结实率比较

Table 1 The mean percentage of filled grains per panicle in the v arious Os MS2-RNAi transgenic lines and w ide-ty pe plant No.m1m2m3m4m5m6m7m8m9m10m11m12m13WT MPFG(%) 2.47 2.28 4.7618.2437.0156.7937.8843.2423.4036.9620.9235.7658.2690.05MPFG: 平均每一花序结实率; m1-m13: 转基因植株: WT: 野生型植株

MPFG: Mean per centage of f illed grains per panicle; m1-m13: Transgenic plants: WT: Wild-ty pe plant

图5 转基因植株花粉的活性检测

(A) 亚历山大染色花药; (B) 亚历山大染色花粉; (C) 花粉扫描电

镜观察

WT: 野生型; OsMS2-RNAi: OsMS2-RNA i 转基因植株 (m1)

Bar = 10 μm

Figur e 5 P ollen activity of transgenic plants

(A) Alexander staining of the anther; (B) Alexander staining of

pollens; (C) Obser vation of pollens under the SE M

WT: Wild type; OsMS2-RNAi: OsMS2-RNAi transgenic plant (m1)

Bar = 10 μ

m 图6 野生型和Os MS2-RNA i 转基因不育植株花药发育不同时期的比较(A) 四分体时期; (B) 小孢子早期; (C) 小孢子后期; (D) 二胞花粉早期WT: 野生型花药; Os MS2-RNAi: 转基因不育植株花药; Ms : 小孢子母细胞; Msp: 小孢子; E X: 小孢子外壁; T: 绒毡层Bar = 10 μm Figur e 6 Tr ansvers e s ection c ompar is on of the anther de-velopment of the w ild-ty pe and the OsMS2-RNA i tr ansgenic plants (A) Tetr ad s tage; (B) Ear ly micr os por e stage; (C) Late mi-cr ospore stage; (D) E arly bicellular pollen stage WT: Wild-ty pe anther s; OsMS2-RNAi: A nthers of Os MS2-RNAi tr ansgenic plants ; Ms: Micr ospor ocy te; Msp: Mic ros pore; EX:Microspore exine; T: Tapetum Bar = 10 μ

m

670植物学通报 25(6) 2008

2.6 OsMS2-RNAi 转基因植株中OsMS2基因的

表达

为了进一步阐明转基因植株中OsMS2基因表达与育性

的相关性, 我们利用RT-PCR 方法分析了不育(m1, m2)

和部分可育(m4, m9, m13)的转基因植株中OsMS2的

表达情况。RT-PCR 结果显示: OsMS2-RNAi 转基因植

株中OsMS2基因的表达与野生型存在明显差异,不育植

株(m1, m2)中OsMS2基因不表达或微弱表达,部分可育

的转基因植株(m4, m9, m13) 中OsMS2基因的表达量

也有不同程度的下降, 其下降程度和结实率下降的程度

呈正相关(图7, 表1)。这些结果表明OsMS2基因敲除

或表达下调导致转基因植株不育或育性降低。

3 讨论

3.1 OsMS2是水稻花药发育过程中的重要功能

基因

本实验利用RNAi 技术对OsMS2进行RNA 干扰, 转基

因植株出现了雄性不育或育性下降的性状, 育性的下降

与转基因植株中OsMS2基因表达的下调呈正相关。因

此, Os MS 2基因是水稻花药正常发育所必需的基因。

根据细胞学观察, 在OsMS2-RNAi 转基因不育植株花药

发育的中后期绒毡层细胞降解延迟, 小孢子壁不能像野

生型那样增厚; 而且扫描电镜的结果表明, 转基因不育植株的花粉粒干瘪, 花粉外壁光滑, 很可能缺少花粉外壁物质的积累(Aarts et al., 1997; Dong et al., 2005)。因此, OsMS2在水稻花药发育过程中影响绒毡层和小孢子的发育。由于小孢子壁的形成与绒毡层细胞发育密切相关(Bedinger,1992; Aarts et al., 1997), 因此转基因不育植株中小孢子壁的形成受影响可能是由于绒毡层发育缺陷所致。在转基因不育植株中, OsMS2基因的下调影响绒毡层的发育, 进而影响花粉发育, 从而导致不育。因此, OsMS2基因是水稻花药发育过程中的重要基因。3.2 OsMS2基因可能是拟南芥MS2基因的直系同源基因生物信息学分析结果表明, 水稻全基因组中OsMS2基因与拟南芥 MS2基因同源性最高, 二者核苷酸序列的同源性高达75%, 而且OsMS2基因与拟南芥MS2基因都在花器官中特异表达。在拟南芥中, MS 2基因编码一个脂酰基还原酶, 通过影响绒毡层的发育而调控花粉外壁的形成, MS2基因的突变使小孢子不能发育为有功能的花粉而导致雄性不育(Aarts et al., 1997)。在水稻中,通过RNAi 技术下调OsMS2基因表达后花药绒毡层细胞降解延迟, 小孢子壁的形成出现异常, 不能形成有功能的花粉而导致不育。因此, 我们认为水稻OsMS2 基因可能是拟南芥MS 2基因的直系同源基因。参考文献冯九焕, 卢永根, 刘向东, 徐雪宾 (2001). 水稻花粉发育过程及其分期. 中国水稻科学 15, 21-28.蒋家焕, 郭奕明, 杨映根, 郑金贵 (2003). 转基因水稻的研究与应用. 植物学通报 20, 736-744.李正理 (1987). 植物制片技术. 北京: 科学出版社. pp. 138-149.刘巧泉, 张景六, 王宗阳, 洪孟民, 顾铭洪 (1998). 根癌农杆菌介导的水稻高效转化系统的建立. 植物生理学报 24, 259-271.牛莉莉, 安利佳 (2004). RNA 干涉机制的研究进展及植物学意义.分子植物育种 2, 429-435.俞竹青, 朱骏, 高菊芳, 杨仲南 (2006). 水稻P0491E01基因调控

图7 RT-P CR 分析转基因植株中Os MS2 基因的表达情况

gDNA: 基因组DNA ; WT: 野生型; m1, m2: 不育的转基因植株; m4,

m9, m13: 部分可育的转基因植株

Figur e 7 RT-P CR analy sis of the OsMS2 gene expr ess ion in

Os MS2-RNAi transgenic plants

gDNA: Genomic DNA ; WT: Wild-ty pe plant; m1, m2: Os MS2

tr ansgenic s terile lines; m4, m9 and m13: Os MS2 tr ansgenic

partial fer

tile lines

671方子君等: 水稻OsMS2基因在花药发育中的功能分析

花药发育的功能分析(简报). 分子细胞生物学报39, 467-470.钟晓丽, 张丞, 崔永兰, 沈英嘉, 张永明, 杨仲南(2007). 一个水稻高效表达启动子Os252的分离. 生物工程学报23, 836-840. Aar ts M GM, Hodge R, Kalantidis K, Florack D, Wilson ZA, Mulligan BJ, Stiekema WJ, Scott R, Pe reira A (1997). The Arabidopsis MALE STE RILITY2 protein shares similarity w ith reductases in elongation/condensation complexes. Plant J12, 615-623.

Alexander MP (1969). Dif ferential staining of aborted and non-aborted pollen. Stain Technol44, 117-122.

Bedinger P (1992). The remarkable biology of pollen. Plant Cell 4, 879-887.

Chen RZ, Zhao X, Shao Z, Wei Z, Wang YY, Zhu LL, Zhu QH, Ramm K, Shivakkumar R, Dennis E S, Zhao J, Sun MX, He RF, He GC (2007). Rice UDP-Gluc ose Pyrophosphorylase1i s essential f or pollen callose deposition and its cos uppres sion results in a new type of thermosensitive genic male sterility.

Plant Cell19, 847-861.

Dong XY, Hong ZL,Sivaramakrishnan M, Mahfouz M, Verma DPS (2005). Callose synthas e (CalS5) is required for ex ine formation during microgametogenesis and for pollen viability in Arabidopsis. Plant J42, 315-328.

Goldbe r g RB, Be als TP, Sande r s PM(1993). A nther development: basic principles and pr actical applic ations. Plant Cel l 5, 1217-1229.

Je ff er son RA, Burges s SM, Hir sh D (1986). Beta-Gluc u-ronidase from Escherichia coli as a gene-fus ion marker. Proc Natl Acad Sci USA 83, 8447-8451.

Jiang SY, Cai M, Ramachandran S (2005). The Oryza sativa no poll en (Osnop) gene plays a role in male gametophyte devel-opment and mos t likely encodes a C2-GRAM domain-contain-ing protein. Plant Mol Biol57, 835-853.Jung KH, Han MJ, Lee YS, Kim YW, Hw ang I, Kim MJ, Kim YK, Nahm BH, An G (2005). Ri c e undev eloped tapetum1 is a major regul a tor of early tapetum devel o pm ent. Plant Cell17, 2705-2722. Kanek o M, Inukai Y, Ueguchi-Tanak a M, Itoh H, Izaw a T, Kobayas hi Y, Hat tori T, M iyao A, Hirochika H, Ashik ari M, Matsuoka M (2004). Loss-of-function mutations of the ric e GAMYB gene impair alpha-amylas e express ion in aleu-rone and flow er development. Plant Cell16, 33-44.

Li N, Zhang DS, Liu HS, Yin CS, Li XX, Liang WQ, Yuan Z, Xu B, Chu HW, Wang J, We n TQ, Huang H, Luo D, M a H, Zhang DB (2006). The r ice tapetum degeneration retardation gene is r equir ed f or tapetum degr adation and anther development. Plant Cell18, 2999-3014.

Murray M G, Thompson WF (1980). Rapid isolation of high-molecular-w eight plant DNA. Nucleic A cids Res 8, 4321-4325. Sande rs PM, Anhthu QB, Weterings K, Mclnt ire KN, Hsu Y, Troung PY, Beals TP, Goldberg RB (1999). Anther devel-opmental defects in Arabidopsis thaliana male-sterile mutants.

Sex Plant Reprod 11, 297-322.

Wils on ZA, M or roll SM, Daw s on J, Sw ar up R, Tighe PJ (2001). The Arabidopsis MALE STERILITY1 (MS1) gene is a transcriptional regulator of male gametogenes is w ith homol-ogy to the P HD f inger family of tr anscription factor s. Pl ant J 28, 27-39.

Xiao H, Wang Y, Liu DF, Wang WM, Li XB, Zhao XF, Xu JC, Zhai WX, Zhu LH ( 2003). Functional analysis of the rice AP3 homologue OsMADS16 by RNA interference. Plant Mol Biol 52, 957-966.

Zhu QH, Ram m K, Shivakk umar R, Dennis E S, Upadhyaya NM (2004). The ANTHER INDEHISCENCE1 gene encoding a single MYB domain protein is involved in anther development in rice. Plant Physiol135, 1514-1525.

672植物学通报 25(6) 2008

Functional Analysis of OsMS2 Gene Involved in

Anther Development of Rice

Zijun Fang, Qilong Shi, Zhongnan Yang, Sen Zhang*

Co lle ge o f L ife an d E nvironment al Sci ence s, Sha ngh ai Normal Uni versit y, S han gha i 200234, Chi na

Abstr act The Arabidopsis MALE STERILITY2 (MS2) gene is required f or anther and pollen development; sequenc e analys is indic ated that the Os MS2 (Os03g07140)gene shar es high similarity w ith MS2 in A rabidops is. Here, w e des cr ibe the functional analysis of O sMS2 in rice anther dev elopment by the RNA inter ferenc e approac h. Tr ansgenic lines w ith the introduced gene ex pr es sing double-str anded RNA w ith the O sMS2 DNA f ragment gr ew nor mally during their v egetativ e phas e but displayed reduced male fer tility. The reduc ed f ertility phenotypes w ere as sociated w ith dow n-regulated Os MS2 tr ansc ript lev el mediated by RNAi. Further cy tologic al obs er vations of the anthers of tr ansgenic lines show ed that knock-dow n of Os MS2 led to delayed tapetum degeneration and abnormal micr ospores in the anther. Sc anning electron microscopy r evealed that the micr ospores could not f orm nor mal ex ine. Thus, Os MS2 is an AtMS2 homologue and plays an important role in ric e anther development.

Ke y w ords an the r d eve lop ment, f ert ili ty,Oryza sa tiva, pol len, RNA i nte rfe ren ce

Fa ng ZJ, S hi QL, Yang ZN, Zhang S (2008). Fu ncti onal ana lysi s of OsMS2 ge ne i nvol ved in a nther develop ment of rice. Chi n Bu ll B ot 25, 665?672.

* Author for correspondence. E-mail: senzhang@https://www.wendangku.net/doc/9a3537425.html,

(责任编辑: 白羽红)

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