《PTB1控制水稻結實率的分子機制和調控網路》是李雙成為項目負責人，四川農業大學為依託單位的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：PTB1控制水稻結實率的分子機制和調控網路
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：李雙成
- 依託單位：四川農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
結實率是水稻重要的產量構成因子之一。我們之前利用一個低結實率突變體，成功克隆了一個控制水稻結實率的主效基因PTB1，並證實其通過控制水稻花粉管生長從而正向調控結實率。PTB1基因編碼一個RING型E3泛素連線酶，主要在花柱中優勢表達，具有促進花粉管在生殖道中生長的深度和數量的功能，從而直接調控水稻結實率的高低。PTB1是首次克隆的水稻結實率關鍵基因，但其分子機理和調控網路還不清楚。由於PTB1蛋白具有E3泛素連線酶活性，推測其可能特異地泛素化降解了一個對花粉管生長具有抑制作用的負調控因子，從而促進花粉管的生長。因此，獲取PTB1的互作蛋白是揭示其控制結實率的遺傳機理的關鍵。本研究擬在上述研究的基礎上，運用酵母雙雜交、免疫共沉澱等蛋白互作的方法分離PTB1蛋白的直接作用靶標，明確PTB1控制水稻結實率的分子機理；並綜合運用轉錄組學、蛋白組學及功能驗證的方法探討該基因影響結實率的可能調控網路。
結題摘要
結實率是水稻重要的產量構成因子之一。我們之前克隆了一個控制水稻結實率的關鍵基因PTB1，並證實其通過控制水稻花粉管生長調控結實，但其分子機理和調控網路還不清楚。本研究擬運用酵母雙雜交等方法分離PTB1的直接互作蛋白，以明確PTB1控制水稻結實率及花粉管生長的分子機理，並綜合運用轉錄組的方法探討該基因影響結實率的可能調控網路。本研究利用PTB1蛋白篩選水稻穗部發育文庫，獲得了可能與PTB1互作的新蛋白OsPPI1，經進一步的BIFC確認，二者能發生直接互作，且PTB1蛋白的跨膜結構域和OsPPI1蛋白C-末端是PTB1-OsPPI1互作必須的。利用CRISPR-Cas9策略將OsPPI1基因敲出，結果顯示敲除植株結實率下降，同時表現花粉管生長受阻表型。進一步研究發現OsPPI1能與OsHA4/6/7在酵母體內發生互作，BIFC試驗發現OsPPI1與OsHA6能在菸草細胞內發生直接互作。利用CRISPR-Cas9系統將OsHA6基因敲除，結果顯示敲出植株結實率出現一定程度下降，並表現花粉管生長受阻類似表型。該結果提示OsPPI1可能通過OsHA家族影響花粉管生長從而影響水稻結實。轉錄組分析顯示， CaM/CML、CHX、CHIT/Pectin、Hsp和蛋白酶抑制因子基因家族，以及多種植物激素相關基因在突變體中顯著下調。多個差異表達基因在Protein processing in endoplasmic reticulum和Oxidative phosphorylation代謝通路中富集，推測這兩條通路與PTB1-OsPPI1-OsHAs調控花粉管生長密切相關。本研究將發現一條新的控制水稻花粉管生長和結實率的遺傳途徑，對提高水稻結實率具有一定套用價值。
