水稻精氨酸酶基因（OsARG）的克隆与功能分析

Improving nitrogen use efficiency (NUE) would play beneficial roles on rice yield increment. However the absorption, storage and utilization of nitrogen are complex processes involving in coordination function of carbon and other metabolims. Relevant information about it is scarcity at present. Selection of mutants for many years, we obtained a nitrogen nutrient defect mutant by a recessive gene. The mutant gene is OsARG proved by map-based cloning, sequencing and gene complementation. In this subjet, further study will be done about physiological, biochemical and molecular regulation mechanisms in rice. The main research contents included RNA interference of OsARG gene, physiological and biochemical indexes about nitrogen metabolism, carbon metabolism and reproductive development, gene expression regulation networks about nitrogen metabolism, carbon metabolism and reproductive development, over-expression of OsARG gene. Aim to elucidate the mechanisms of nitrogen, carbon and other metabolisms of OsARG, and to provide theoretical guidance and practical reference about improving NUE.

通过提高氮素利用率增加产量是水稻生产的热点问题。然而氮素的吸收、储存和利用是一个复杂的过程，涉及碳代谢和其它代谢途径的协调作用，目前相关信息仍较匮乏。本课题组经多年突变体筛选，获得一个由隐性基因控制的氮营养缺陷突变体。通过图位克隆、测序和基因互补试验表明该突变基因为精氨酸酶基因（OsARG），并对OsARG进行了初步生理生化分析。本项目拟对水稻OsARG调控的氮代谢、碳代谢和生殖发育的生理生化机制和分子调控机理进行深入研究。主要包括OsARG基因抑制表达分析；测定氮代谢、碳代谢和生殖发育等相关生理生化指标；应用RNA测序和Real-time PCR技术分析OsARG参与氮代谢、碳代谢和生殖发育的基因表达调控网络；对OsARG基因进行过表达探讨其在生产上的应用价值。初步阐明OsARG在氮代谢和其它代谢途径中的生理生化机制和分子机理，为提高作物的氮素利用率提供有用的理论指导和实践参考。

本研究以一个四体花药组织培养低育性突变体arg和野生型为材料，研究了OsARG基因的精细表达模式以及在水稻生殖发育过程中脂肪酸代谢调控网络，为解释低育性的分子机理做出了有益探索。.首先对启动子存在精细的基因表达调控模式进行了研究，结果表明：水稻OsARG基因可能参与依赖于ABA的干旱和盐胁迫反应。逆境胁迫反应结果表明：水稻中OsARG基因受NaCl、PEG胁迫响应，但不受Mannitol、冷的胁迫响应；激素响应结果表明：水稻OsARG基因受脱落酸(abscisic acid，ABA)激素的响应，但不受乙烯(Ethylene)、赤霉酸（Gibberellic Acid ，GA）、细胞分裂素（6-Benzylaminopurine，6-BA）、油菜素内酯（brassinolide，BR）、萘乙酸 (1-Naphthaleneacetic acid，NAA)、生长素（indole-3-acetic acid ，IAA）、吲哚3-丁酸（Indole-3-butyric acid，IBA）、茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate, MeJA)、水杨酸（Salicylic acid，SA）、独脚金内酯人工合成类似物（GR24）这些激素的响应。其次对精氨酸酶基因（OsARG）调控水稻育性方面进行了研究，结果表明水稻OsARG基因氮代谢的调控与雄蕊发育过程的脂肪酸代谢有关。GC-MS分析表明：突变体花药表面蜡质含量明显低于野生型花药。