OsDCL3b基因調控稻穗生長發育的遺傳機理研究

《OsDCL3b基因調控稻穗生長發育的遺傳機理研究》是依託南昌大學，由李紹波擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：OsDCL3b基因調控稻穗生長發育的遺傳機理研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：李紹波
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

在前期研究中，我們獲得了OsDCL3b下調錶達影響稻穗生長發育的轉基因突變株、突變株與對照幼穗中差異表達的ncRNA（no-coding RNA）和OsDCL3b過量表達轉基因T0代植株。在此基礎上，本項目利用測序、雙向電泳和質譜技術分析OsDCL3b基因沉默和過量表達轉基因突變株與對照幼穗中的mRNA表達譜及蛋白質組差異，結合網上資源和已有的ncRNA結果，利用生物信息學分析獲得影響稻穗生長發育的候選ncRNA、差異表達的mRNA和蛋白質，經Northern blot、螢光定量PCR和Western blot驗證其表達後，進行轉基因分析獲得1-2對重要的ncRNA和差異表達蛋白基因的功能，初步確定OsDCL3b基因、ncRNA、蛋白基因、稻穗生長發育這4者間的相互關係，進而揭示OsDCL3b基因調控稻穗生長發育的可能遺傳途徑，為深入分析OsDCL3b基因的功能奠定重要基礎。

結題摘要

在前一結題國家基金（30860155）工作基礎上，本項目進一步完成了： （1）OsDCL3b的表型功能分析 發現OsDCL3b下調錶達：（a）顯著降低了水稻突變體的單株產量，主要原因是花粉育性和穗部結實率顯著下降；（b）顯著提高了突變體的稻米品質，如稻米蛋白質和其中的賴氨酸含量均提高了約12%；（c）顯著降低了突變體籽粒中銅和鉛等重金屬含量。另外，OsDCL3b的CRISPR敲除突變體的穗部結實率顯著降低。 （2）mRNA組和蛋白質組差異分析 根據表型結果，我們選取了OsDCL3b下調錶達突變體和野生型植株的幼穗為材料，對mRNA組和蛋白質組進行了差異分析，獲得了許多顯著差異表達的候選蛋白基因，並利用qRT-PCR對部分重要候選差異表達蛋白基因進行了驗證，還對mRNA存在的可變剪輯現象進行了分析，獲得了許多mRNA可變剪接結果。 （3）小分子ncRNA組差異分析 根據表型結果，我們選取了OsDCL3b下調錶達突變體和野生型植株的幼穗為材料，對小分子ncRNA組進行了差異分析，發現OsDCL3b對21和24 nt的小分子ncRNA形成影響較大，獲得了許多顯著差異表達的小分子ncRNA，進而我們用qRT-PCR驗證了一些重要的候選差異表達小分子ncRNA，用於後續轉基因功能驗證。 （4）重要候選ncRNAs和蛋白基因的轉基因功能分析 依據小分子ncRNA組差異分析結果，我們發現前人已報導顯著下調錶達的OsmiR397與稻穗產量等性狀形成有關，隨後我們重點對另外4個重要的候選差異表達小分子ncRNA進行了過量表達和缺失表達轉基因功能分析，目前已發現CRISPR技術敲除miR159突變體的稻穗結實率顯著降低。依據mRNA組和蛋白質組差異分析結果，我們發現前人已報導顯著下調錶達的Os03g07250與花葯角質和花粉外壁形成有關；隨後我們實驗發現，從韓國水稻T-DNA插入突變體庫中購買的3個差異表達候選蛋白基因的突變體均表現出與稻穗生長發育有關，現已確定其中的Os01g35330基因的T-DNA插入突變體的稻穗結實率顯著下降，其具體的分子機理有待深入研究。上述結果將有助於深入分析OsDCL3b基因的功能和揭示真核生物基因表達調控的機理，為水稻遺傳育種研究提供理論依據。