OsPPKL基因家族調控水稻籽粒發育的遺傳網路解析

《OsPPKL基因家族調控水稻籽粒發育的遺傳網路解析》是張紅生為項目負責人，南京農業大學為依託單位的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：OsPPKL基因家族調控水稻籽粒發育的遺傳網路解析
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：張紅生
• 依託單位：南京農業大學

項目摘要

水稻的籽粒大小是重要的產量性狀。本研究篩選獲得了一個千粒重約72克的超大粒水稻品種N411。通過圖位克隆的方法，我們從N411中克隆了控制水稻粒長的基因OsPPKL1（PNAS, 2012）。OsPPKL1是一個具有Kelch結構的PP2A蛋白磷酸酶，Kelch結構中的點突變導致了水稻粒長的增加。OsPPKL1在水稻中有2個同源基因OsPPKL2和OsPPKL3。研究表明OsPPKL1和OsPPKL3是水稻粒長的負調控因子，而OsPPKL2是正調控因子。本項目將對OsPPKLs基因的雙突變和三突變體進行籽粒發育的分析，研究基因家族間的遺傳關係；篩選並分析OsPPKLs的互作蛋白及異同，研究OsPPKLs對互作蛋白的去磷酸化活性；分析OsPPKLs調控的下游基因和磷酸化蛋白質組。本項目將解析OsPPKL基因家族調控籽粒發育的遺傳網路，為OsPPKLs的分子育種利用提供理論依據。

結題摘要

水稻粒長關係到水稻產量與外觀品質。本項目前期從水稻品種N411中克隆了一個控制水稻粒長的主效基因qGL3/OsPPKL1，該基因編碼一個絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶。除了OsPPKL1，水稻中還存在另外2個OsPPKL1同源基因：OsPPKL2和OsPPKL3。3個OsPPKL基因在水稻中呈組成型表達，但OsPPKL1和OsPPKL3的表達量高於OsPPKL2。轉基因水稻和突變體表型分析結果表明OsPPKL1和OsPPKL3都是水稻粒長的負調控因子，而OsPPKL2是正調控因子。進一步我們發現OsPPKL家族參與了油菜素內脂信號通路，OsPPKL1和OsPPKL3是BR信號的負調控因子，而OsPPKL2是正調控因子；而且OsPPKLs還影響了BR的含量。OsPPKL1和OsPPKL3能夠形成異源二聚體，而與OsPPKL2不能。OsPPKL1和OsPPKL3能夠與OsGSKs家族發生相互作用，而OsPPKL2不能與OsGSKs直接互作。OsGSKs參與了BR信號通路，是BR和粒長的負調控因子。進一步發現OsPPKL1和OsPPKL3能夠將OsGSKs底物去磷酸化，而來自於N411的OsPPKL1的去磷酸化活性下降。OsGSK3能夠對轉錄因子OsBZR1進行磷酸化，而且將OsPPKL1與OsBZR1共轉化時，OsBZR1的細胞核定位變弱，而來自於N411的OsPPKL1則不影響OsBZR1的定位。在osppkl1突變體中OsGSK3的含量下降而OsPPKL1過量表達轉基因水稻中OsGSK3的含量上升，進一步表明OsPPKL1正調控OsGSK3，負調控OsBZR1。我們還發現qgl3與gs3存在部分加性效應，在BR信號通路中存在交叉。綜合蛋白質互作、轉錄組和磷酸化蛋白組學技術構建OsPPKL參與的調控網路，為OsPPKLs家族的育種利用奠定了基礎。將93-11NIL-qgl3近等基因系進行了育種利用研究，通過與不同不育系配置雜交稻，相比較於93-11配置的組合，小區產量提升12%以上。本項目初步構建了OsPPKLs家族參與的遺傳調控網路，發表SCI論文2篇，授予植物新品種權1項。