《PPR蛋白OsPPR920參與調控水稻花粉發育的分子機制研究》是依託浙江大學，由劉玉君擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：PPR蛋白OsPPR920參與調控水稻花粉發育的分子機制研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：劉玉君
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水稻是世界上最重要的糧食作物之一，而花發育及花粉育性的決定是其生命周期中的關鍵發育階段。理解調控這一重要農藝性狀的機理，既是植物生物學的重要基礎研究課題，也是農業生產套用上的重要任務。本研究圍繞一個參與調控水稻花粉發育的OsPPR920基因,分析其時空表達模式，獲得OsPPR920 RNAi轉基因株系及突變體材料進行表型分析，進行初步基因功能鑑定；深入解析OsPPR920蛋白線上粒體中的功能，明確其參與線粒體中哪一RNA分子轉錄後的何種生物學過程，從分子機理上揭示該蛋白對花粉發育的調控作用；通過驗證OsPPR920與Osj10gBTF3蛋白的互作，並與調控途徑中其它基因進行關聯分析，初步探索 OsPPR920在Osj10gBTF3調控途徑中的作用。本研究將闡明PPR蛋白OsPPR920參與調控水稻花粉發育的分子機制，進一步理解植物調控細胞質雄性不育及育性恢復的CMS/Rf系統的作用機理。
結題摘要
在高等植物體內，PPR蛋白是一類由核基因編碼，可以與RNA結合的蛋白家族。一些PPR蛋白可以作為剪接因子參與線粒體group II 內含子的剪接，從而在轉錄後水平上調控線粒體基因的表達。水稻的基因功能研究表明，PPR蛋白不僅可以在水稻線粒體中發揮內含子剪接的功能，它們還可以作為育性恢復因子（restorer-of-fertility，Rf）修複線粒體基因的異常表達，從而使雄性不育的性狀恢復到正常可育。 本實驗室在前期研究水稻Osj10gBTF3基因時通過酵母雙雜交實驗發現了一個可能與Osj10gBTF3蛋白互作的蛋白。生物信息學分析表明該蛋白是由939個胺基酸組成的典型PPR蛋白，我們將其命名為OsPPR939，它是與已報到的育性恢復因子Rf1a，Rf1b及RF5等類似的RF-like蛋白。目前，水稻PPR蛋白的相關研究報導較少，其作用機制有待進一步解析，同時鑒於花粉育性對農作物產量這一重要農藝性狀的決定性作用，我們對OsPPR939進行功能研究。 首先通過在水稻原生質體和轉基因擬南芥中做亞細胞定位，發現該蛋白定位於線粒體。我們將利用螢光定量 PCR 分析了 OsPPR939 基因在水稻不同組織，以及花發育的七個不同時期的表達情況，發現該基因在所有檢測部位組成型表達，且在愈傷，花葯，早期小花中的表達量最高。為了研究該基因在分子水平上的功能，我們用CRISPR/Cas9基因打靶技術創造了osppr939突變體。對兩個不同突變位點的純合突變體進行表型分析發現，相較於野生型，突變體植株矮小，花粉部分敗育，但花的形態沒有明顯改變。另外，結實率也有明顯降低。說明該基因在水稻植株生長和花粉發育上發揮重要作用。根據OsPPR939線粒體定位，我們利用RT-PCT和qRT-PCR對線粒體編碼的轉錄本的豐度和內含子的剪接效率進行檢測，發現該蛋白參與線粒體nad5內含子的剪接。nad5是線粒體電子傳遞鏈comple I的一個重要亞基，通過BN-PAGE實驗發現突變體complex I的組裝以及活性明顯降低，qRT-PCT實驗表明則突變體中交替氧化途徑中一些基因的表達上調。上述所有實驗結果可知：OsPPR939定位於水稻線粒體並參與nad5內含子1，2，3的剪接，通過維持nad5的正常表達保證complex I的活性和電子傳遞，從而參與植株生長和花粉
