《tms5靶基因UbL40在水稻花粉發育中的分子機制》是依託華南農業大學，由周海擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：tms5靶基因UbL40在水稻花粉發育中的分子機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周海
- 依託單位：華南農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
雜交水稻是提高水稻產量的主要手段，光/溫敏不育系已廣泛的套用於兩系法雜交水稻。我們已經確定溫敏不育基因RNase ZS1通過調控泛素融合基因UbL40控制溫敏不育。但是UbL40如何發揮功能是不清楚的。本項目擬通過綜合手段揭示UbL40及其互作的E3泛素連線酶TMS5-RF1在水稻溫敏不育中的功能。首先通過遺傳轉化和細胞學觀察確認溫敏不育中是UbL40的泛素部分在起作用；並且該類泛素不同於多聚泛素，可能只作用於單泛素化。然後確認TMS5-RF1（編碼E3泛素連線酶）的突變恢復了安農S-1高溫下的育性，並且與UbL40存在直接而特異的互作。進一步通過蛋白質組學和泛素化修飾蛋白質組學分析UbL40和TMS5-RF1共同決定的底物蛋白。最後分析確定UbL40泛素化的可能途徑和在溫敏不育中的作用。該研究將深度揭示水稻溫敏不育的分子機理，發現泛素和泛素化過程中的一些新的機制和功能。
結題摘要
水稻是我國主要的糧食作物也是全世界50%以上人口的主糧。雜交水稻可以提高10-20%的產量，水稻溫敏不育系既是兩系雜交水稻育種的關鍵，也是開展植物感應溫度的優良材料。前期，我們已經證明溫敏不育基因TMS5編碼RNase ZS1，特異性降解受溫度誘導表達的UbL40的mRNA控制水稻溫敏不育。本項目首先初步闡明了UbL40調控的溫敏不育的分子機理。UbL40由泛素Ub和核糖體蛋白L40融合而成的基因，通過過量表達不同部分，我們證明Ub的過量表達導致水稻不育，並且Ub可能通過單泛素化靶蛋白調控花粉發育。通過切片證明Ub過表達植株的花粉母細胞出現液泡化，與高溫下的安農S-1表型一致，進一步說明TMS5通過調控UbL40控制光/溫敏不育。然後，通過Co-IP篩選到916個泛素化靶蛋白，其中有7個泛素化蛋白已經證明參與花粉發育。前期通過對一個安農S-1的恢復突變體tms5-rf1進行精細定位和測序發現一個E3泛素連線酶發生突變。本項目通過遺傳轉化證明TMS5-RF1編碼E3泛素連線酶。TMS5-RF1在花葯的絨氈層高表達，並定位於內質網和細胞質中。通過酵母雙雜交和Co-IP篩選到17個候選TMS5-RF1的互作蛋白，其中已經證明3個互作蛋白與花粉發育有關。分別對高溫和低溫下生長的安農S-1和tms5-rf1突變體花粉母細胞時期的潁花蛋白進行蛋白質組和泛素化組學研究，發現TMS5-RF1參與蛋白質泛素化，並且TMS5-RF1可能在高溫下的安農S-1中錯誤的參與了某些花粉發育蛋白的泛素化，導致雄性不育。但是，本項目中，我們發現TMS5-RF1不能直接與UbL40互作。最後，我們通過基因編輯技術編輯TMS5建立了溫敏不育系的培育體系。總之，本項目揭示了TMS5-RF1和UbL40通過泛素化花粉發育蛋白調控水稻溫敏不育的分子機理。這些工作有利於認識植物對溫度的感應機制和促進兩系雜交水稻的育種。課題執行期間，申請專利1項，授權專利2項，發表SCI論文3篇，接受SCI論文1篇（Scientific Reports, 2016; Frontier in Plant Sciences, 2018; New Phytologist, 2019; Genomics, Proteomics & Bioinformatics, accepted）。
