水稻叶夹角调控机制的遗传网络研究

Leaf angle, one of the important components of rice architecture, plays a direct role in determining grain yield. Genes that are involved in the regulation of leaf angle have been reported previously, but so far the multiple-genes-involved genetic networks regulating the development of leaf angle are still not clear. The study on the leave-angle-regulating networks will provide important theoretical basis and germplasm resource for plant breeding. This project, with the goal to reveal the genetic networks of leaf angle regulation mechanism, is based on Bin map data, which have been obtained from recombination inbred line populations, as well as leave-angle-associated genes, LIC, MIR and FLA, which have been identified in our lab previously. This project will focus on the leaf angle regulation network at genomic level. The main contents of this project include the identification of QTL loci that are related to leaf angle, and functional study of LIC, MIR and FLA genes. This project combines the study of genomic QTLs and single gene to systematically investigate the regulation mechanism of leaf angle. Previous works in our lab have provided us the basic framework, which is valuable for the future study to identify novel genes, signal pathways and genetic networks that are associated with the regulation of leaf angle.

叶夹角是水稻株型中的一个重要性状，对水稻的产量有直接的影响。参与叶夹角调控的基因和信号通路已经有报道，但多基因参与的叶夹角调控机制的遗传网络还不清楚。叶夹角调控机制的遗传网络的研究，对农业育种提供理论依据和种质资源具有重大意义。本项目基于本实验室前期工作中的重组自交系群体的Bin map数据以及叶夹角相关基因LIC、MIR和FLA等的研究，重点在基因组范围内研究参与叶夹角调控机制的遗传网络。研究内容包括对群体中QTL位点的研究、LIC、MIR和FLA基因功能研究。科学目标是揭示叶夹角调控的遗传网络。特色是全基因组QTL的研究与单一基因研究相结合，系统研究叶夹角调控机制。实验室前期的工作已经给课题提供了基本框架，有望得到参与叶夹角调控机制的新基因、新信号通路及遗传网络。

水稻是世界上主要的粮食作物之一，株型育种是提高水稻产量的一个重要方法，合适的株高和较小的叶夹角是水稻理想株型的重要指标。目前研究表明GA和BR是调控水稻株高和叶夹角的主要激素，而且它们之间又相互影响相互调节，形成一个复杂的株型调控网路。miR396是植物中的一类重要的MicroRNA家族，对植物的发育过程起着重要的调控作用。本文发现OsMIR396d过表达水稻植株具有叶夹角增大和半矮化的表型。OsMIR396d过表达植株叶枕近轴面细胞变大导致叶夹角增大，细胞分裂变慢及细胞长度变短导致植株株高降低。OsMIR396d同时参与了BR和GA信号途径，OsMIR396d的表达受BR或GA的诱导，OsMIR396d过表达植株对BR的敏感性增强，但对GA的敏感性减弱。通过酵母单杂交实验、染色质免疫共沉淀实验、凝胶阻滞实验、转录活性分析实验以及遗传学实验证明BR信号途径的关键转录因子OsBZR1能够直接结合到OsMIR396d的启动子上并促进其表达。OsmiR396d的靶基因OsGRF6并不参与BR信号途径,但参与了GA的信号传递和GA合成的调控。osgrf6突变体对BR敏感性不变，但对GA敏感性减弱，而且osgrf6突变体和OsMIR396d过表达植株中，数个GA合成途径的关键基因表达明显下调，同时osgrf6植株内源GA含量也出现明显下降。本研究首次找到了OsMIR396d的上游直接调控者OsBZR1，并发现OsmiR396d整合了BR与GA信号途径，并通过不同的下游靶基因参与到不同的信号响应网络，一方面，通过对OsGRF4表达的调节来影响BR下游的响应基因，从而调控水稻叶夹角的发育；另一方面，通过调节OsGRF6的表达来对GA信号传递及GA合成进行调控，从而影响水稻株高的形成。OsmiR396d-OsGRF6不仅参与到了BR与GA互作调控网络，而且也形成了对内源GA合成的反馈调节环。本文对OsmiR396d的功能有了一个更加深刻的认识，同时也为BR和GA在植物株型调控方面的互作网络提供了一个新的多层次的理解。