大豆细胞质遗传滞绿调控基因的功能分析

Some higher plants loss of the chloroplast degradation during the senescence stage, which is called the "stay green". At present, most of the stay green genes are encoded by nuclear genome. Recently, a stay green mutant named cytG encoded by chloroplast genome, was found in soybean. In our previous study, we have cloned the cytG gene by association mapping, next，we will transform this gene to cytG to confirm its function and check the expression pattern of cytG in different tissues and different developmental stages.Using biochemical approaches，we will do some functional analysis and find the interaction proteins of the cytG. Taken these together, we try to find the molecular mechanism of chloroplast degradation regulated by cytG, which will promote the study of chloroplast degradation. Meanwhile, we will analysis the effects of cytG on yield and seed quality, to evaluate the potential value of this gene in the crop production .This project will be a breakthrough on the study of chloroplast degradation to connect nuclear genes and plasmon genes and provides some theoretical foundation for the crop production research.

滞绿是指高等植物在衰老过程中叶绿素不降解或降解不明显的现象。目前所克隆的滞绿控制基因都是由核基因编码的，但在大豆中发现了一个受细胞质基因控制的滞绿突变体，命名为cytG。通过关联分析的方法，我们已克隆到了大豆中的细胞质遗传调控滞绿基因--cytG。本研究拟通过转基因的方法对该基因进一步验证，并检测其在不同生长发育时期和组织器官的表达模式，利用生物化学的方法对该基因编码的蛋白进行初步功能分析，找到上下游互作蛋白，揭示其作用机制,确定该基因在植物衰老信号传导过程中的位置，并阐明叶绿素代谢与植物衰老的内在联系；同时我们还将检测该基因对大豆产量和品质的影响，探讨该基因在高产育种中的潜在应用价值。本研究可能为叶绿素降解开辟新的研究方向，为大豆的高产育种提供一定的理论基础。

滞绿是高等植物中很普遍的一种现象。滞绿调控基因的克隆，有助于发现参与叶绿素代谢的新酶或新途径，揭示叶绿素的代谢过程中相关酶的催化特性，为叶绿素代谢新机制提供理论依据。尤其是细胞质遗传的滞绿调控基因更有利于我们找到细胞质基因和核基因之间的互作关系，对于阐明叶绿素代谢与植物衰老的内在联系具有更重要的意义。在我们的研究中，通过关联分析的方法，克隆到了一个大豆细胞质遗传的滞绿调控基因cytG，该基因参与了植物的衰老和叶绿素降解的过程，并且主要是通过抑制叶绿素B的降解来调控这一途径。转录组分析的结果表明在cytG中，与电子传递链和离子结合相关的基因表达量受到了显著影响，生化实验分析的结果表明cytG可能通过抑制捕光系统II的降解从而参与调控了植物中叶绿素的降解；通过i-TRAQ的蛋白分析方法，我们发现DEG5和DEG8两个蛋白酶在cytG植株中明显下调，酵母双杂交的方法进一步证明了这两个蛋白可以与捕光系统II中大部分组分相互作用，暗示cytG可能通过抑制DEG5和DEG8的表达进而参与调控了植物中叶绿素的降解。同时，我们还发现cytG在低等生物中进化变异较大，而在高等植物中则相对比较保守。本研究首次报道了胞质基因参与调控植物滞绿的分子机制，为叶绿素降解的研究开辟了新的方向。