《一個影響水稻葉色及株型的新型突變基因hw-1（t）的功能研究》是依託華南農業大學，由郭濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：一個影響水稻葉色及株型的新型突變基因hw-1(t)的功能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：郭濤
- 依託單位：華南農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在前期研究中，申請者鑑定出一個新的水稻突變體hfa-1,其葉色白化轉綠、多分櫱矮桿性狀受隱性核基因hw-1(t)控制。綜合前人研究結果，初步推斷hw-1(t)為在單子葉植物中首次發現的新型葉色突變基因，其通過影響類胡蘿蔔素合成產生白化和多分櫱矮桿表型。為證實上述假設，本項目從生理、分子和蛋白等方面開展下列研究：（1）hfa-1內源激素（細胞分裂素、獨角金內酯）和類胡蘿蔔素合成中間化合物測定；（2）在明確hw-1(t)基因功能的基礎上，利用螢光定量和基因晶片技術分析hw-1(t)和類胡蘿蔔素生物合成途徑相關基因的互作關係；（3）利用酵母雙雜技術，篩選與Hw-1(t)相互作用的表達蛋白。通過上述研究闡明hw-1(t)調控類胡蘿蔔素合成途徑的分子機理，進而探討hw-1(t)在水稻光合作用、形態構建等發育網路中的重要作用。研究結果對深入了解類胡蘿蔔素生物合成在單子葉植物中的調控機制具有重要意義。
結題摘要
一、項目背景及主要研究內容 在前期研究中，項目組通過航天搭載誘變水稻種子，從其誘變後代鑑定出一個新的水稻突變體hfa-1，其葉色白化轉綠、多分櫱矮桿性狀受隱性核基因hw-1(t)控制。該基因是調控類胡蘿蔔素及其相關激素的合成途徑的新基因。本項目開展下列研究：（1）內源激素中間化合物測定；（2）突變基因hw-1(t)的圖位克隆；（3）利用螢光定量和基因晶片技術分析hw-1(t)及類胡蘿蔔素合成途徑相關基因的表達情況；（3）利用酵母雙雜技術，篩選與hw-1(t)蛋白產物相互作用的表達蛋白。 二、重要結果 1、突變體hfa-1 表現出苗期白化轉綠、成熟後矮稈多分櫱的獨特表型。其白化表型由類胡蘿蔔素缺乏引起，而多分櫱矮稈表型與IAA、GA的合成途徑無關。 2、通過全基因組測序與突變分析，在突變體共檢測到9624個SNP和1405個INDEL，這些突變不均勻地成簇分布於全基因組。 3、結合基因組測序與連鎖分析，確定hw-1(t)的候選基因為Os04g0668900。該基因是擬南芥花斑突變基因immutans在水稻上的同源基因，編碼質體末端氧化酶（PTOX）。突變體hfa-1的Os04g0668900在第二外顯子上出現CG＞TA突變，導致轉錄提前終止，蛋白功能缺失。 4、PTOX的功能缺失，導致hfa-1體內缺乏類胡蘿蔔素，並致使葉綠素被光解而引發白化表型。然而， hfa-1白化轉綠的現象，暗示hfa-1中存在對PTOX功能喪失具有補償作用的相關途徑。基因晶片結果表明，電子傳遞體Cytb6/f 複合蛋白合成相關基因表達明顯上調，推測該複合體在電子傳遞和質醌庫還原氧化上對hw-1(t) 起一定的補償功能。 5、突變體成熟期仍表現矮稈多櫱，表明Cytb6/f 複合體的補償作用並不能完全取代PTOX的功能，暗示PTOX可能具有其他未知功能。對12個與類胡蘿蔔素、ABA、GA和SL（獨腳金內酯）代謝途徑相關基因進行表達分析，發現僅SL信號傳導關鍵基因OsD3的表達一直極顯著低於野生型。通過對突變體hfa-1施加SL的類似物GR24，發現其矮稈多櫱表型得到恢復。由此推測，突變體hfa-1的矮稈多櫱是由於SL合成不足引起，暗示PTOX在SL合成中可能起到關鍵作用，其功能有待進一步研究。 6、利用酵母雙雜交技術篩選出8個與hw-1(t)存在互作的基因，涉及多個酶類代謝途徑，目前正在驗證。
