《水稻花葯特異性表達2,3-氧化鯊烯環化酶基因功能研究》是漆小泉為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水稻花葯特異性表達2,3-氧化鯊烯環化酶基因功能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：漆小泉
- 依託單位：中國科學院植物研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
植物的2，3-氧化鯊烯環化酶（OSC）是植物甾醇、甾醇類激素及三萜類化合物的代謝途徑的關鍵酶。擬南芥共有13個OSC基因，酵母表達發現每個OSC酶催化產生結構各異的三萜或甾醇化合物，但是目前對其代謝途徑的功能還了解甚少。水稻具有7個編碼完整OSC酶的基因，其中OsOSC8與其它單子葉植物的同源基因聚為一類單子葉植物特有的、功能未知的分支，OsOSC8及其編碼的蛋白只在花葯中特異表達，可能與花葯或花粉發育及育性有關。本項目通過酵母表達水稻OsOSC8，研究其催化功能；篩選水稻TILLING群體，獲得OsOSC8基因的突變體，遺傳轉化獲得RNAi沉默株系，通過分析突變體的表型，了解該代謝途徑的生物學功能；比較野生型與突變體花葯的甾醇和三萜類代謝物的變化，推測下游的代謝途徑。該項目研究將揭示水稻等單子葉作物三萜代謝與雄性不育的關係，研究成果有望為水稻及其它作物的雜種優勢利用提供一條新的途徑。
結題摘要
植物的2，3-氧化鯊烯環化酶（OSC）是植物甾醇、甾醇類激素及大量結構及功能各異的三萜類化合物的代謝途徑的關鍵酶。水稻基因組中具有7個編碼完整OSC酶的基因，其中OsOSC12與其它單子葉植物的同源基因聚為一類單子葉植物特有的分支。本項目篩選水稻TILLING群體OsOSC12基因的突變體，獲得1 個無義突變體E157（W255→stop）和5 個錯義突變體E2304（R344→K）、S558（P276→S）、S1535（E747→K）、S1708（G477→E）和S4928（G270→E）；與野生型相比，這些突變體的營養生長及花器官發育都比較正常，但E157、S1708 和S4928 這3 個突變體在自然生長條件下表現出雄性不育性狀，其它3 個突變體E2304、S558 和S1535 的育性則和野生型相似。遺傳學分析表明突變體E157、S1708 和S4928 的雄性不育表型均為單基因控制的隱性突變，基因等位性檢測實驗表明這3 個突變體均由OsOSC12 基因突變後功能缺失引起。進一步研究表明自然生長條件下（RH < 60%）這3 個雄性不育突變體的花粉不能或很少粘附柱頭，而高濕條件下（RH > 80%）花粉則能夠粘附柱頭且恢復育性。對水稻花粉與柱頭的相互作用進行觀察分析，發現野生型花粉散粉後很快粘附柱頭（20.6 ± 6.2 秒），而突變體花粉散粉後則開始快速失水（18.5 ± 10.6秒），在粘附柱頭之前即完全乾癟失去活性（48.3 ± 10.4 秒）；在高濕條件下，突變體花粉可以從環境中吸收水分恢復活性或者維持高含水狀態，從而正常粘附柱頭並萌發出花粉管。對不同發育時期的花葯進行透射電鏡觀察，發現在E157突變體第11 期花葯絨氈層細胞中脂質體和造油體的降解過程明顯比野生型延遲，不能合成花粉包被前體物質，最終導致成熟花粉壁中花粉包被缺失及雄性不育。通過酵母表達水稻OsOSC12，其催化產生一個二環三萜醇（命名為：禾穀絨氈醇）；GC-MS分析表明突變體花粉包被中禾穀絨氈醇的C16:0，C18:0以及C18:1酯和C16:0，C18:0和C18:3的甲酯和乙酯缺失，表明禾穀絨氈醇酯化產物和脂肪酸甲酯（乙酯）是花粉包被中的控制花粉水分的重要成分。
