水稻光氧化相关基因LPO1的图位克隆、分子机理和生理功能

A mutant of two-line sterile rice 812HS, is found having leaf photo-oxidation during tillering-jointing stage since its chloroplast is easy harmed by strong sunlight. The trait has been found to be controlled by a new dominant gene, LPO1 (leaf photo-oxidation 1) by its classical genetic analysis. Using a F2 population, LPO1 has been mapped on a segment on Chromosome 4 within 55.42 kb，and forecasted a target gene by bioinformatics analysis. The present proposal plans to clone the base sequences of LPO1. By transformation, inhibition and knock-out LPO1 gene, the present proposal will validate the trait of photo-oxidation of LPO1, and research its molecular mechanism and physiological function. The research would enrich the theory of rice leaf photo-oxidation at molecular base, and offer a support at theory and gene resource to non-photo-oxidation rice study and breeding.

在两系杂交稻育种实践中，发现了籼稻两用核不育系突变株812HS，表现在分蘖中后期，叶绿素受强烈阳光辐射，引起光氧化伤害而导致叶片失绿，光合能力下降。该性状不同于淡黄叶突变体性状，部分遮光后并不表现光氧化表型。光合生理研究表明，光合效率各项参数明显降低。遗传分析表明，该性状受控于一个新的水稻光氧化相关显性基因LPO1。已将基因定位在第4染色体上约55.42 kb范围内，并预测了1个与叶片失绿性状密切相关的候选基因。本申请拟用转基因、基因沉默和敲除的方法验证LPO1基因，并进行蛋白体外表达、互作分析、亚细胞定位和时空表达模式研究，再从叶绿体结构特性、光合性能、活性氧清除能力、光反应中心对光能利用能力的改变等方面明确LPO1的生理功能。本研究对于阐明水稻光氧化的分子遗传机理和缓解水稻光氧化的研究具有重要意义。

在两系杂交稻育种实践中，发现了籼稻两用核不育系突变株812HS，易由强光而引起光氧化伤害，导致叶片失绿，光合能力下降。光合生理研究表明，光氧化株光合效率各项参数明显降低。遗传分析表明，该性状受控于一个新的水稻光氧化相关显性基因LPO1。前期研究已将基因定位在第4染色体上约55.42kb范围内，并预测了1个与叶片失绿性状密切相关的候选基因。本项目拟通过光氧化相关基因LPO1的图位克隆、基因验证、分子遗传机理和光合生理功能研究，获得水稻光氧化相关基因LPO1，阐明LPO1的光氧化分子机理和生理功能。为期四年的项目实施完全按照原申请的研究目标进行，完成了预定的各项指标。根据定位试验、qRTPCR试验和重测序数据分析并与基因功能注释相结合，选择OsR498G0407717000为候选基因进行基因敲除和过表达试验。只是，在验证此候选基因时，基因敲除的13个单株和过表达的16个单株均没有获得期望的表型，因此，还需要进一步选定其他候选基因，并再进行过表达和基因敲除等验证。通过本项目的实施，探明了基因的表达模式；对基因的功能进行了多方面分析；对812HS的叶片光氧化进行了蛋白质复合物和叶绿素合成特性、表达蛋白等生理学和分子机理研究，提出了光氧化的生理途径和分子机制；并探明了低光强和增强UV-B辐射对812HS生理和蛋白的影响。通过本项目的研究，已在核心期刊发表标注论文4篇，其中SCI源刊物2篇，中文核心期刊2篇；另外，还发表了未标注课题编号或获得课题编号之前、但完全属于本课题内容的刊物论文共5篇；参加了有关学术会议2次，获得会议优秀论文1篇；申请了植物品种权“812HS”1项；培养研究生6名，其中已毕业博士生1名，硕士生5名；另有从事本项研究的在读博士生和在站博士后各1名继续本研究。本研究对于阐明水稻光氧化的分子遗传机理和缓解水稻光氧化的研究均具有重要意义。