《水稻BGlu基因家族成員調控種子壽命的作用與分子機制》是依託南開大學，由陳喜文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水稻BGlu基因家族成員調控種子壽命的作用與分子機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳喜文
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
種子壽命是生態學上和農業上具有雙重意義的重要性狀，但其調控的機制目前還很不清楚。我們前期研究發現，水稻生育酚、三烯生育酚的不同合成突變體種子老化處理後壽命降低的同時，其種胚共同表達的差異基因富集在包括β-葡萄糖苷酶(BGlu)基因家族在內的糖苷水解酶和對ABA刺激的反應等7個GO Term。由於植物BGlu受生物或非生物脅迫誘導，催化無活性ABA葡萄糖酯生成有活性ABA，因此推測種子老化過程同樣存在著ABA調控的反應過程。為此，本項目在全面分析水稻BGlu基因家族表達模式的基礎上，確定5~8個可能調控種子壽命的成員，通過構建其功能性缺失突變體，研究種子發育與貯藏過程中，種子壽命的變化與BGlu調控的ABA水平、種子內特定蛋白積累及ROS代謝之間的關係，確定其亞細胞定位，闡明其調控水稻種子壽命的功能與作用機制。本研究對於深入理解種子壽命的調控機理，調控作物種子的貯藏具有重要的理論和實踐意義。
結題摘要
種子壽命是生態學上和農業上具有雙重意義的重要性狀。尋找並明確調控種子壽命的關鍵基因的作用與機制具有重要的意義。本項目首先根據BGlu家族成員基因的電子表達譜，結合Real-time PCR技術，研究了候選基因表達模式，在此基礎上重點研究了BGlu14、BGlu25、BGlu6、BGlu10、β-1,3-葡聚糖苷酶At2g27500等在植物生長發育、種子壽命中的作用與機制。過表達BGlu14的植株莖稈和種皮木質素含量升高，表明BGlu14是一種單木質醇葡萄糖苷酶。種子老化前後種胚中ROS含量降低，但種子的壽命卻顯著降低，表明種子中木質素含量的升高在種子老化中沒有作用。代謝組學研究發現，過表達BGlu14使得種子中尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)含量上升，引發體內細胞程式性死亡，是其負調控種子壽命的主要原因。分析了糖基水解酶β-1,3-葡聚糖苷酶At2g27500影響種子壽命的分子機制。構建了該基因啟動子和GUS融合表達的轉基因植株。組織染色顯示，基因特異性地在種胚中表達。其蛋白定位於葉綠體。苯氨藍染色顯示，種子發育後期，突變體種子內胼胝質積累量明顯比野生型高，進而影響到種子的休眠特性、種子的透性來正調控種子的壽命。研究了BGlu6影響植株生長、抗旱和光合作用的分子機制。定位於葉綠體的BGlu6是目前水稻中第一個發現的具有ABA-GE水解活性的β-葡萄糖苷酶，可通過影響植物體內ABA的含量進而影響植物的抗逆能力和光合作用。形態、生理和基因表達分析表明，BGlu10、BGlu24、BGlu33在種子萌發和根系生長中發揮不同的作用，與ABA、IAA信號通路具有不同的關係。這些研究結果，為進一步認識BGlu在植物體內的功能，闡明BGlu家族在植株生長發育、逆境適應性及種子壽命的生理與遺傳機制奠定了重要的基礎。項目執行過程中，課題組成員積極參加學術交流達26人次，培養碩士生5名、博士生3名。已發表論文7篇[其中核心期刊2篇，SCI期刊5篇，包括1篇生物學大類一區(New Phytologist)]，已投稿SCI期刊論文1篇。
