MIR396對水稻小穗發育的調控機理

《MIR396對水稻小穗發育的調控機理》是徐雲遠為項目負責人，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：MIR396對水稻小穗發育的調控機理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐雲遠
• 依託單位：中國科學院植物研究所

項目摘要

水稻花器官穎片的開閉控制柱頭外露，而這一過程受其發育狀態的直接影響。雖然水稻穎片發育相關基因已有報導，但多基因參與的調控機制知之甚少。揭示穎片開閉機制在理論上和雜交制種中具有重要意義。本項目將基於本實驗室前期的miR396超表達水稻表現出護穎明顯增長、穎殼開裂的穩定表型，重點研究該miR396與預測的可能靶基因OGP6及其調控基因所組成的分子模組對穎片發育的調控機制。研究內容包括這些基因超表達株系及其突變體的遺傳學分析、轉基因植物與突變體穎片發育的細胞學分析、OGP基因家族表達模式與生化特性，OGP互作蛋白篩選與鑑定、以及轉基因植物穎片發育的生理調節。科學目標是揭示穎片發育基因調控網路的分子機制，特色是系統研究多基因協同控制開穎表型的分子網路。前期研究結果初步構築了這些基因作用模式的基本框架，有望揭示多基因網路控制穎片發育機制。

結題摘要

為了闡明OsmiR396d過表達株系穎殼扣合異常、長護穎等表型產生的可能原因，我們在組織形態學以及分子生物學水平上進行了進一步的探索。首先我們對OsmiR396d過表達株系穎花進行了石蠟切片及掃描電鏡的觀察。我們發現在水稻穎花發育的早期，OsmiR396d過表達株系穎花就已呈現出異常花原基以及穎殼扣合異常的表型了。開穎，即開花，一般是由漿片吸水膨脹將內外稃片推開所導致的。我們推測OsmiR396d過表達株系穎花扣合異常的表型可能是由於異常的花內器官，或者異常的細胞分裂導致內外稃片不能正常扣合而引起的。通過掃描電鏡觀察，我們發現OsmiR396d過表達株系穎花長護穎的表面結構已經不同於野生型護穎的表面結構，而是更加接近野生型內外稃片的表面結構。 為了在分子水平上闡明OsmiR396d過表達株系穎花異常的可能機理，我們對OsmiR396d過表達株系及其對應野生型水稻幼穗組織進行了基因表達譜的晶片分析。在該晶片中，我們發現了一個感興趣的基因，即OsJMJ706基因，該基因在OsmiR396d過表達株系中表達下調。OsJMJ706基因編碼一個H3K9去甲基化酶，據報導該基因的突變體花器官發育異常，我們對該突變體的觀察發現該突變體也呈現出穎殼扣合異常及長護穎的表型。OsCR4基因編碼一個類受體激酶，據報導該基因反義表達後產生明顯的穎殼扣合異常表型，但是在晶片中沒有檢測到該基因。OsJMJ706和OsCR4基因均在OsmiR396d過表達株系中表達下調。通過EMSA、ChIP及螢光素酶活性實驗，我們發現GRF類轉錄因子能夠結合OsJMJ706以及OsCR4基因啟動子區含有GARE元件的DNA序列，並激活它們的轉錄。通過遺傳互補實驗，我們將OsJMJ706基因在OsmiR396d過表達水稻中過表達後，只能部分恢復OsmiR396d過表達水稻穎花發育異常的表型，不能恢復矮化表型，這就暗示OsJMJ706基因在OsmiR396d介導的調控水稻穎花發育過程中發揮著重要的作用。