水稻花穗原基發生和生殖器官發育中AGP基因功能的研究

《水稻花穗原基發生和生殖器官發育中AGP基因功能的研究》是依託武漢大學，由趙潔擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水稻花穗原基發生和生殖器官發育中AGP基因功能的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙潔
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

阿拉伯半乳糖蛋白(AGPs)是一類富含羥脯氨酸的糖蛋白。在本人前期研究中預測並鑑定了69個水稻AGP基因，發現了若干可能參與水稻花穗和生殖器官發育的重要AGP基因，但目前國際上未見相關研究報導。因此，我們基於這一思路和前期研究基礎，本項研究以重要的糧食作物和遺傳背景清楚的模式植物水稻為材料，採取基因克隆與表達、轉基因技術、原位雜交、蛋白生化分析、表型分析、細胞組織顯微技術、免疫螢光等細胞和分子生物學技術，研究水稻花穗原基發生和分化、子房和花葯生殖器官發育中OsAGPx，OsAGPa和OsAGPb基因的表達規律和模式、基因產物定位和分布特點、蛋白質和糖基側鏈的生化特性、與相關基因的調控關係等分子機理，揭示和探討AGP基因在水稻有性生殖發育中的分子機制和生物學功能，這一研究成果將填補水稻AGP基因功能研究的空白，具有極其重要的理論意義。預計該項研究成果發表SCI論文4-5篇，培養研究生若干名。

結題摘要

AGP基因是一類重要的富含羥脯氨酸的糖蛋白，在被子植物中起著重要的作用。我們預測並鑑定了57個新的AGPs；對AGP基因突變體和RNAi植株進行了表型、表達和生物學功能研究，獲得的主要結果如下： （1）對水稻花穗原基發生和生殖器官發育相關的、新的AGP基因的生物信息學分析，從水稻基因組中鑑定了62個植物藍素類(PCs)AGPs基因家族成員，將它們分為類似uclacyanin的蛋白（OsUCLs），類似stellacyanin的蛋白（OsSCLs）和類似早期結瘤素的蛋白（OsENODLs）三個亞家族，其中38個AGPs基因是新的阿拉伯半乳糖蛋白基因。 （2）對水稻編碼類木質形成素（XYLPs）的基因家族進行了鑑定、染色體定位和表達分析；篩選並獲得了21個水稻XYLPs，其中19個基因編碼的蛋白是新的AGPs，使水稻AGPs數目由98個增至117個。成功鑑定了OsXYLP7和OsXYLP16基因的T-DNA插入突變體，並對突變體進行了初步的表型分析。 對上述鑑定的基因複製分析表明，染色體片段複製和串聯複製在該基因家族進化過程中產生了同等重要的作用。 （3）構建了一系列AGP基因沉默（RNAi）、超表達、CRISPR Cas9載體，利用水稻轉基因技術獲得了轉基因植株，正在進行RNA水平鑑定和表型觀察，為後續研究打下了堅實的基礎。 （4）研究了AtAGP11基因超表達植株的表型特徵，發現AtAGP11基因超表達導致角果敗育，其原因可能是影響了花絲細胞正常生長，這暗示著AGP11基因在花絲細胞生長中發揮著重要作用。 （5）研究了花穗原基發生和生殖器官發育相關的AGPa基因的時空表達和分布模式。通過qRT-PCR和GUS染色，顯示OsAGPa在生殖器官中優勢表達。研究顯示AGPa基因的沉默導致開花提前和花穗減少，暗示AGPa基因在花穗開花和結實中發揮著重要作用。 （6）發現水稻AGPa基因在細胞壁和維管束髮育過程中發揮著重要作用；同時，通過OsAGPa基因RNAi植株的花穗軸和葉片的RNA轉錄組測序和生物信息學分析，發現了一些重要的基因在其中上調和下調，暗示與OsAGPa基因的調控有關聯。 該項研究在SCI期刊上發表科學研究論文5篇，核心期刊上發表綜述和研究論文2篇；授權專利一項；培養研究生多名；圓滿完成了該項目的預期目標，正在進行深入的研究。