《水稻抗旱基因網路重建及關鍵節點基因OsHSF01的功能鑑定》是依託上海交通大學，由張利達擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水稻抗旱基因網路重建及關鍵節點基因OsHSF01的功能鑑定
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張利達
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水稻抗旱機制十分複雜，而缺乏對抗旱基因相互協作關係的全面認識，嚴重製約了水稻抗旱品種的分子設計育種。故我們採用網路生物學研究策略來促進抗旱新基因發現、加深對抗旱分子機制的認識。本研究將綜合多種生物信息數據與資源，構建水稻抗旱基因網路模型，結合水稻抗旱性狀GWAS數據，探明控制水稻抗旱性的基因模組及關鍵基因。結合前期網路解析提出水稻中存在一個依賴ABA信號調控、以OsHSF01為核心連線根部發育和氣孔運動的抗旱基因網路的假設，進一步通過過表達與抑制表達等實驗，評價OsHSF01基因在水稻抗旱中的功能；並對轉基因水稻根系發育特徵與葉片生理性狀進行研究，明確其作用途徑。通過ChIP-seq分析，結合轉基因水稻轉錄組變化，探明受OsHSF01直接調控的下游基因及參與的網路通路，力爭在OsHSF01抗旱基因網路及調控機制方面獲得有創新意義的進展或突破，為較全面的認識水稻抗旱分子機制提供新的視角。
結題摘要
蛋白質-蛋白質相互作用研究能夠從分子水平上揭示蛋白質功能，幫助揭示水稻回響乾旱脅迫的分子機制。本研究提出了一種基於機器學習的水稻蛋白質與蛋白質互作預測新方法，該方法結合了蛋白質空間結構與功能信息，有效提高了蛋白質相互作用預測的準確性，其陽性率達到70.62%，同時假陽性率仍維持在0.07%的極低水平，各項可比指標均優於現有預測方法。利用該方法在全基因組尺度重建了水稻蛋白質互作網路，該互作網路包含16,895節點蛋白質，涉及708,819對相互作用關係，由1,356個相對獨立的功能模組組成。基於水稻互作網路，發展了抗旱基因發掘新策略，系統評估表明基於蛋白質互作網路進行關聯推斷可有效發掘水稻抗旱基因。在此基礎上，篩選獲得一批重要抗旱候選基因。通過轉錄組測序分析表明OsHSF1的表達水平明顯受乾旱及ABA誘導，超過43%的OsHSF1互作基因的表達水平受乾旱調控。水稻種子萌發實驗表明抑制OsHSF1表達能提高水稻對外源ABA敏感性。生化指標分析測定發現在乾旱脅迫條件下過表達OsHSF1能提高轉基因水稻細胞體內超氧化物歧化酶活性，從而降低對植株細胞的傷害。抗旱性實驗表明抑制OsHSF1表達能增強水稻抗旱性，耐熱性實驗顯示過表達OsHSF1提高轉基因植株的耐熱性，同時增加轉基因水稻的株高。此外，研究還發現在乾旱脅迫條件下過表達OsHSF1促進植株葉片熱耗散，增強光系統II的效率。
