水稻OsWDRP通過BR信號轉導系統調節株高的分子機制研究

《水稻OsWDRP通過BR信號轉導系統調節株高的分子機制研究》是依託武漢大學，由張蕾擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水稻OsWDRP通過BR信號轉導系統調節株高的分子機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張蕾
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

株高是水稻的主要農藝性狀。隨著水稻基因組測序計畫的順利完成和功能基因組學研究的不斷深入，在分子水平全面研究水稻株型形成的機理將為今後的育種實踐提供有力的理論基礎。目前已經發現的眾多矮化和半矮化的突變大多與赤黴素（GA）、油菜素內酯（BR）和獨腳金內酯（SLs）等激素的合成、代謝和信號途徑有關。我們在研究過程中發現一個水稻T-DNA插入突變體（wdrp-3）以及RNAi轉基因植株（RNAi-wdrp3）表現為半矮化；該突變體以及RNAi植株均對BR表現出不敏感，推測是BR信號通路受阻導致的矮化；該突變基因編碼一個具有WD結構域的蛋白，該蛋白與絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶受體相關。本立項擬研究該WD蛋白通過BR控制水稻株高的分子機制，為進一步改良水稻株型提供理論基礎。

結題摘要

WD-repeat蛋白參與植物生長和發育過程中的各種生理生化過程。對水稻中的該類蛋白研究相對較少。我們實驗室研究發現OsWDRP3可能通過BR 信號影響水稻的株高和結實率。取得了如下研究結果：基因槍方法研究了OsWDRP3在洋蔥表皮中的表達定位，結果表明，該蛋白在細胞中主要定位於細胞核和細胞膜；mRNA原位雜交、RT-PCR以及定量PCR的結果表明該基因主要在葉片和根中表達；ABA、NaCl和PEG處理條件下，該基因的表達均有一定的變化；RNAi植株的種子成熟度差，大部分種子未能正常發育，表現為種子偏小，穎殼的顏色偏白，與野生型水稻成熟種子有較大差異。大部分RNAi種子不能正常萌發，少數萌發的種子在苗期生長時表現為發育遲緩；利用CRISPR技術，構建轉基因載體並獲得了轉基因植株，觀察發現轉基因植株與RNAi植株的表型相似，即植株矮小、抽穗延遲以及結實率低；為了研究OsWDRP3是否能與OsBAK1相互作用參與BR信號途徑，本實驗採用BIFC方法研究了OsWDRP3與OsBAK1在細胞內的相互作用，觀察發現二者互作之後定位在靠近細胞膜的胞質中；根據生物信息學分析磷酸化的位點，設計點突變引物，PCR方法獲得點突變基因，利用基因槍轉化洋蔥表皮，分析點突變蛋白在細胞中的定位，藉此研究磷酸化對於WDRP3定位的影響。該蛋白209位S突變為A（不被磷酸化），細胞內的定位局限在細胞核內，而同位點S突變為D（持續磷酸化），則對定位沒有影響；該蛋白234位和287位絲氨酸突變的結果與209位的情況相同，即S突變為A（不被磷酸化），細胞內的定位局限在細胞核內，而同位點S突變為D（持續磷酸化），則對定位沒有影響。結果暗示WDRP3蛋白的磷酸化對於該蛋白在細胞內的定位至關重要。本項目的研究對進一步揭示水稻株高控制的分子機制提供了重要理論依據。