水稻莖稈扭曲控制基因RO1的克隆及功能研究

《水稻莖稈扭曲控制基因RO1的克隆及功能研究》是依託山東大學，由王美擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水稻莖稈扭曲控制基因RO1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：王美
• 依託單位：山東大學

中文摘要

近年來，許多控制水稻株型的基因被相繼克隆，而關於莖稈彎曲生長突變體的報導卻非常有限。在前期工作中，我們新發現了一個苗期莖稈呈扭曲螺旋生長，葉片扭曲，後期莖稈逐漸直立，但植株矮化、穗子和種子變小的突變體。通過圖位克隆的方法，克隆到了該基因，屬於成蛋白家族新成員，暫將其命名為ROTATED1，簡稱RO1。生長素極性運輸及重力反應測定的初步研究結果表明，RO1基因的突變導致突變體中生長素極性運輸減弱，重力反應增強。本項目將繼續研究RO1的基因表達模式、亞細胞定位及控制維管發育的細胞學基礎；深入探討野生型、突變體及過量表達植株中生長素極性運輸及生長素分布的變化；鑑定其相互作用的蛋白質；研究生長素運輸、細胞骨架、囊泡轉運在植物莖發育和重力反應中的相互作用。最終試圖闡明RO1參與植物莖稈扭曲及矮生的分子調控機理，為培育具有理想株型的超級水稻品種提供分子基礎和理論依據。

結題摘要

植物中由於較難得到成蛋白單基因突變而導致表型異常的突變體，所以對於植物成蛋白功能的研究較少，它們的功能更多是從動物與真菌的成蛋白功能推測而來。要想更好地闡明成蛋白在植物中的特異生物學功能，就必須獲得成蛋白功能缺失性突變體。通過EMS誘變技術，我們新發現了一個苗期莖稈呈扭曲螺旋生長，葉片扭曲，後期莖稈逐漸直立，但植株矮化、穗子和種子變小的突變體。暫將其命名為ROTATED，簡稱RO。向地性反應測定的結果表明，ro突變體中暗處生長的胚芽鞘及光下的根向地性反應明顯增強。ro突變體與以前報導的只發生莖稈螺旋生長的突變體及莖稈扭曲生長與植株矮化並存的突變體都不同，莖稈和葉片扭曲生長的表型只見於苗期，說明RO基因可能在水稻發育早期的株型形成和保持中起著重要作用。表型獨特的ro突變體為我們進行植物發育早期株型形成的分子機理研究提供了難得的材料。 通過圖位克隆的方法，我們克隆到了該基因，屬於成蛋白家族新成員。生長素能夠抑制RO基因的表達，而生長素運輸抑制劑NPA則誘導其表達。ro突變體對NPA超敏感，而NPA處理野生型則能夠模擬突變體莖稈扭曲生長的表型，暗示RO基因的突變可能導致了生長素極性運輸的減弱。FM1-43的研究表明，ro突變體中囊泡運輸過程對抑制劑BFA不敏感；BFA對水稻主根伸長的抑制作用在ro突變體中也不敏感，這些結果表明囊泡轉運可能通過調控生長素的極性運輸過程而參與RO基因對水稻株型的控制。目前尚未見成蛋白通過影響生長素極性運輸及囊泡轉運調控植物莖發育的報導。最後，利用NPA處理的野生型及ro突變體的表達譜晶片分析結果表明，RO基因可能通過部分轉錄因子及細胞壁結構蛋白基因的轉錄調控而直接參與了突變體的莖稈扭曲及矮生生長。本項目的完成將為將植物莖稈扭曲及矮生分子調控機理的研究提供重要依據和理論指導，為培育具有理想株型的超級水稻品種提供分子基礎。