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水稻植株高度和机械强度是重要的农艺性状。为了阐明控制这些性状的分子机制,我们分离鉴定了水稻db1突变体。db1主要表型为:植株矮小、茎叶脆嫩和育性降低。序列分析表明DB1与拟南芥FRA1基因高度同源,编码一个驱动蛋白。db1突变体是由于其第四个外显子缺失了26个碱基所造成。实时定量PCR检测表明这个基因在水稻各个时期和组织中普遍表达,其中以茎和穗部表达量最高;DB1启动子驱动的GUS转基因水稻染色研究表明DB1主要在细胞分裂旺盛的部位表达。
DB1是一个典型的驱动蛋白,它的N端是一个马达结构域,可以在体外依赖微管水解ATP。相邻马达结构域的是一个与蛋白互作必需的stalk结构域。异源表达含有stalk结构域的DB1 C端融合蛋白可以在体外形成同源二聚体,且二聚体的形成不需要微管的存在。研究表明DB1定位于细胞核,但其拟南芥同源蛋白FRA1却定位于细胞质。为了确定DB1的核定位信号,我们构建了一系列缺失和点突变的融合蛋白。通过转染INS-1细胞系,我们确定了一个由17个氨基酸组成的的双组分核定位信号。
db1突变体表现为细胞分裂的减慢。在植物生长和发育过程中,有丝分裂是一个基本的生命活动过程。与脊椎动物不同,高等植物发展了四种不同的微管排列去指导有丝分裂的进行。这四个微管排列的转换是高度动态的,几个驱动蛋白亚家族的成员已经被证实参与到这些排列的形成和维持。在db1突变体中,根尖的有丝分裂被阻滞了,但是这四个微管排列形态并无明显变化。
进一步的分析表明四种排列所占的比例发生了明显的变化,这说明DB1发生突变后延缓了微管排列的转化从而导致了矮化的表型。