《水稻籽粒大小調控因子RGS1的分離及功能研究》是依託杭州師範大學，由陳飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水稻籽粒大小調控因子RGS1的分離及功能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳飛
- 依託單位：杭州師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
籽粒大小是水稻產量形成最重要的決定因素之一，然而調控水稻籽粒大小的分子機理還不清楚。利用EMS誘變我們分離到一個水稻籽粒變小突變體rgs1，通過圖位克隆我們已獲得RGS1候選基因，該基因編碼一個脂肪酸合成相關的蛋白酶。本研究擬在此基礎上開展後續研究，首先通過功能互補實驗驗證RGS1功能，進而通過qRT-PCR、Northern雜交及雷射共聚焦等技術研究該基因的時空表達模式。而後，採用RNA-seq技術、酵母雙雜技術和生物信息學方法篩選RGS1的下游調控因子及與RGS1互作的蛋白；通過分析野生型和突變體植株葉片及籽粒中脂肪酸組分差異探討脂肪酸生物合成與水稻植株發育及籽粒大小之間的關係，最終闡明RGS1基因在水稻籽粒大小調控中的作用機制。項目研究結果不僅對揭示水稻籽粒大小分子機理有重要價值，還將為我國水稻高產育種發展貢獻力量。
結題摘要
為分離更多參與水稻粒形調控的關鍵基因，我們通過對EMS誘變獲得水稻突變體庫進行篩選，發現了若干粒形差異的突變體，其中一個突變體rgs1表現為籽粒變小的表型，通過圖位克隆我們獲得RGS1候選基因，該基因編碼一個脂肪酸合成相關的酶。本研究在此基礎上對RGS1基因功能進行驗證，同時探討RGS1調控水稻籽粒大小的作用機制。結果如下：（1）通過構建RGS1轉基因互補載體並利用農桿菌介導轉化rgs1突變體，獲得的轉基因陽性植株在株高、籽粒大小、千粒重等表型均恢復到野生型水平，證明RGS1基因的準確性。（2）細胞學觀察顯示，rgs1突變體葉鞘表皮細胞明顯小於野生型，且部分細胞周期相關調控基因在突變體中表達量變化顯著，說明RGS1可能通過影響細胞分裂和生長來調控水稻籽粒大小。（3）亞細胞定位結果顯示RGS1是一個類囊體膜定位的蛋白，通過體外誘導蛋白酶活檢測，RGS1確實具有脂肪酸合成酶的活性。（4）qRT-PCR和GUS組織染色分析表明，RGS1基因在葉鞘和葉片中表達最高、其次為根系及幼穗的穎殼，而在莖稈、花葯中幾乎沒有表達。（5）氣相色譜分析顯示，RGS1基因突變導致突變體葉片C18:3含量顯著下降，而成熟籽粒中除C18:1稍有上升外其他脂肪酸組分無顯著變化，說明RGS1確實參與了水稻脂肪酸的生物合成。（6）轉錄組分析顯示，共有483個基因表達量在野生型和rgs1突變體中存在顯著差異（P≤0.05），其中有40%的差異基因與質膜和氧化還原平衡相關，暗示RGS1可能參與了質膜的發育調控和細胞內氧化還原平衡維持。（7）我們還發現RGS1參與了水稻耐熱性的調控，RGS1突變引起45℃熱處理下突變體葉片中ROS過量積累和細胞死亡，最終導致植株枯萎死亡。總之，通過本項目的實施，我們克隆獲得了一個新的水稻粒形調控基因RGS1，明確了RGS1基因的亞細胞定位、表達模式和生物學功能，相關研究結果有助於進一步理解水稻粒形調控的分子機理，並為後續水稻高產分子育種提供具有套用價值的新基因。
