D14基因调控水稻分蘖的作用机理研究

Rice tillering is not only one of the most important agronomical traits that determine grain yield, but also the model system for the mechanism studies of plant branching. Strigolactone (SLs) is a novel plant hormone identified a few years ago that inhibit plant branching and rice tillering. The rice D14 gene is a key factor in the SLs signal transduction pathway, which encodes a protein of the α/β-fold hydrolase superfamily with unknown biological functions. In this project, the D14 interacting proteins will be identified through both yeast two-hybrid screening and tandem affinity purification (TAP) techniques, which will provide insights to reveal the biochemical functions of the D14 protein. On the other hand, suppressors of the SLs-insensitve high-tillering dwarf mutant d14-1 will be screened by ethyl methanesulfonate (EMS) mutagenesis. Novel genes downstream of D14 in the SLs signal transduction pathway will be identified through map-based cloning of the d14-1 suppressor genes. This study will further elucidate the molecular mechanism of SLs in inhibiting plant branching and the findings will be useful in the improvement of rice plant architecture practically.

水稻分蘖是决定粮食产量的重要农艺性状之一，也是研究植物分枝机理的模式系统。独脚金内酯(Strigolactones, SLs)是最近才发现的一种抑制植物分枝和水稻分蘖的新激素，水稻D14基因则是SLs信号途径中的重要因子，它编码一种α/β折叠水解酶家族成员，但目前对其生物学功能还不清楚。本项目拟通过酵母双杂交技术、蛋白质串联亲和纯化与质谱联用技术筛选与D14相互作用的蛋白质，这些互作蛋白质将有助于揭示D14的生化功能。同时利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变对SLs不敏感的水稻矮化多分蘖突变体d14-1，筛选d14突变体的表型回复突变体，希望克隆到位于D14下游的参与SLs信号传导途径的新基因。这些研究将有助于进一步阐明SLs抑制植物分枝的作用机理，最终为水稻株型改良提供理论支持。

水稻分蘖是决定粮食产量的重要农艺性状之一，也是研究植物分枝机理的模式系统。独脚金内酯(Strigolactones, SLs)是最近才发现的一种抑制植物分枝和水稻分蘖的新激素。水稻D14基因编码一种α/β折叠水解酶，越来越多的证据表明D14蛋白可能是SLs的受体，但目前对其蛋白结构、生化功能、及下游信号传导途径还不太清楚。本项目围绕这些问题主要开展了以下3方面的研究，并取得了一定进展。. 1. 采用免疫共沉淀技术(Co-IP)证实了SL受体蛋白D14与SCF类E3泛素连接酶D3相互作用，这种互作只有在SL的诱导下才能发生。又通过荧光双分子互补实验（BiFC）进一步证实了D14与D3之间的互作，并且这种互作发生在细胞核内。这一发现是独脚金内酯新号传导途径中的重要事件。. 2. 在D14基因内部发现了4个新的突变位点，即S173F，L169F，E190K，和A213T。这些突变位点降低了D14与独脚金内酯的结合能力或者D14与下游信号传导蛋白D3、D53之间的相互作用。这些突变位点对进一步证实D14受体蛋白的结构和功能有重要意义。. 3. 利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变D14基因的强等位突变体d14-1和弱等位突变体d14S1-154，从大约2万个M2株系（30万个单株）筛选获得了d14突变体的表型回复突变体（Suppressor） 58份，表型增强突变体（enhancer)58份。采用图位克隆技术确定了其中2份回复突变体和6份增强突变体的突变基因和突变位点，在后续工作中将继续克隆其余回复和增强突变体基因。这些突变体材料将有助于进一步阐明SLs抑制植物分枝的作用机理，最终为水稻株型改良提供理论支持。