《水稻種子耐鹽萌發相關基因GSS1的克隆及功能研究》是程金平為項目負責人，南京農業大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水稻種子耐鹽萌發相關基因GSS1的克隆及功能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：程金平
- 依託單位：南京農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
挖掘水稻種子耐鹽萌發相關基因，揭示種子耐鹽萌發分子機理，有助於培育耐鹽高活力水稻品種，對鹽鹼地區直播稻和機插秧等水稻輕簡栽培具有重要意義。本研究前期利用甲基磺酸乙酯（EMS）誘變水稻日本晴材料，從中篩選到一份種子萌發期鹽敏感突變體gss1（Germinability under Salt Stress），利用gss1突變體與野生型日本晴雜交構建F2分離群體，通過MutMap方法鑑定到3個在鹽脅迫下控制種子萌發相關的候選基因。本項目擬進一步克隆GSS1候選基因，構建突變體和轉基因植株，結合鹽脅迫下萌發表型鑑定，驗證目標基因功能；通過生理生化、基因表達及基因參與的信號通路分析，探討基因GSS1參與鹽脅迫下種子萌發的作用機理，為今後水稻種子活力遺傳改良提供基礎。
結題摘要
隨著鹽鹼地區直播稻和機插秧等簡約栽培模式的推廣，亟待解決水稻種子萌發耐鹽性品種匱乏的難題。前期利用甲基磺酸乙酯（EMS）誘變水稻日本晴突變體材料，通過MutMap抗感混池高通量重測序技術，鑑定到3個目標候選基因。在此基礎上，本項目通過三個候選基因僅含有單個鹼基突變的EMS突變體，初步確定鉀離子轉運體OsHAK9為GSS1目標基因，同時通過T-DNA插入突變體、互補、過表達與CRISPR/Cas9點突變體轉基因株系驗證了該基因萌發耐鹽功能。進一步，基因表達分析顯示，OsHAK9在種子和萌發中高度表達，顯著受鹽誘導，且亞細胞主要定位於細胞膜上。利用酵母缺陷體CY162發現，OsHAK9具有顯著地轉運鉀離子能力。通過鉀鈉離子含量測定，顯示突變體hak9在鹽脅迫下種子因鉀離子外排而丟失，進而改變了種子萌發中鉀鈉離子平衡。外施試驗顯示，赤黴素（GA）可以部分恢復突變體hak9鹽脅迫下種子萌發鹽敏感性。進一步利用轉錄組差異基因分析，發現OsHAK9廣泛參與了非生物脅迫基因轉錄調控，且GA分解代謝基因LOC_Os01g11150和LOC_Os05g3569在突變體hak9中顯著下調。為進一步確定GSS1與GA的關聯性，我們通過GA合成和分解代謝相關基因RT-qPCR分析，發現OsHAK9參與GA代謝主要通過GA分解代謝途徑調控種子耐鹽萌發。除此之外，我們還發現OsHAK9與調控種子活力關鍵基因qLTG3-1存在密切關係，其萌發耐鹽性也有可能通過調控qLTG3-1基因表達作用種子萌發耐鹽。綜上所述，本項目克隆了水稻萌發耐鹽基因GSS1，且初步闡明該基因通過主要影響種子萌發過程鹽脅迫下鉀鈉離子平衡，以及GA分解代謝途徑調控種子萌發耐鹽性。本項目研究工作，有助於進一步揭示鹽脅迫下水稻種子萌發分子遺傳機理，對水稻種子萌發耐鹽品種改良具有重要的參考價值。
