水稻膜联蛋白OsANN7调控种子发育和耐盐反应的分子机制研究

Seed development directly determines crop yield and quality. Meanwhile crop production and quality suffer enormously from all kinds of environmental stresses. Earlier our group found that a rice annexin OsANN7 is highly expressed in endosperm and suppression of this gene results in lower seed setting. It is logical to propose a key role of OsANN7 in seed development. Besides, over-expression of OsANN7 enhances salt stress tolerance at seedling stage. Considering its Ca2+ binding activity, it is likely that OsANN7 might be an important regulator in Ca2+-dependent salt response signal transduction pathway. Here we propose a research focusing on the molecular mechanisms on how OsANN7 regulates seed development as well as stress responses. We expect to build a regulatory network how OsANN7 mediates the crosstalk between seed development and salt tolerance. We hope our work will provide new insights into reproductive growth and abiotic stress tolerance, as well as molecular basis of genetic improvement of crops.

种子发育过程直接决定作物的产量和品质，环境胁迫也会导致作物产量降低、品质下降。本室前期研究发现水稻膜联蛋白基因OsANN7在胚乳内大量表达；且通过RNA干涉抑制其表达会大大降低转基因水稻的结实率，说明OsANN7可能参与了种子发育的调控过程。过表达OsANN7可提高水稻苗期耐盐能力，推测能与Ca2+结合的OsANN7可能参与了钙信号途径的耐盐反应。本项目拟对OsANN7的生物学功能深入研究，结合电子显微镜观察和生化与分子生物学技术验证，明确OsANN7在雌蕊、雌雄配子结合、胚及胚乳发育过程中的表达特点，重点解析其对胚乳发育的影响。构建OsANN7在生殖生长和耐盐反应过程中作用的信号通路，解析植物生殖生长与胁迫响应的关系，为作物遗传改良提供新思路。

植物膜联蛋白是一种多功能的磷脂分子结合蛋白，可以调节离子运输、参与钙通道形成等，直接参与植物的生长发育和响应环境胁迫。本研究以参与种子发育和响应盐胁迫反应的水稻膜联蛋白基因OsANN7为切入点，旨在探索水稻膜联蛋白在种子发育及盐胁迫下的作用机制。. 项目组在前期研究中获得了抑制水稻膜联蛋白基因OsANN7表达的RNAi突变体、过表达OsANN7及OsANN7pro::GUS等转基因水稻实验材料。本研究通过分析OsANN7的组织表达模式，明确了OsANN7与水稻种子发育的相关性。以授粉后25d的水稻种子作为材料，提取总RNA，进行转录组测序分析，分析抑制OsANN7表达、过表达OsANN7对种子发育的影响，以期获得OsANN7可能参与的种子发育过程的信号途径。结果显示，OsANN7可能直接或间接影响了一些氧化还原酶、二聚化酶的活性。同时，我们还克隆了OsANN7基因ATG上游的启动子元件，通过酵母单杂交方法筛选水稻胚乳cDNA文库，根据测序获得的结果推测OsANN7的表达可能与支链淀粉酶的作用密切相关。. 利用微损伤技术，我们初步验证了OsANN7的Ca2+通道功能，说明膜联蛋白参与了离子的运输。为了进一步分析OsANN7可能参与的耐受盐胁迫反应的分子机制，我们用150mM NaCl处理生长5d的水稻幼苗0h、0.5h和2h，然后进行转录组测序，分析抑制OsANN7表达、过表达OsANN7对水稻耐受盐胁迫反应的影响。为了深入探索OsANN7在耐受盐胁迫反应中的作用机制，我们构建了水稻的膜系统酵母文库，找到了一些与OsANN7直接相互作用的蛋白质，结果表明OsANN7可能与激酶等相互作用共同调节耐受盐胁迫的反应。. 综上所述，水稻膜联蛋白OsANN7通过与激酶、离子通道蛋白等互作，直接参与了种子发育和耐受盐胁迫的反应。上述结果为进一步深入明晰水稻膜联蛋白的作用机制提供了基础。