水稻短根突变体ksr1的基因克隆与功能研究

水稻根系的长度与产量密切相关，但对于水稻根系的分子生物学研究显得相对薄弱。本项目通过筛选水稻Kasalath的EMS突变体库得到一个短根突变体ksr1，地上部性状与野生野型没有差异，在高温培养条件下，根系伸长受到更严重的抑制呈更短表型，系单基因隐性遗传，所以是一个很好的研究根系伸长的模型。目前通过基因定位已图位克隆到决定短根性状的KSR1基因，将通过RNAi、正常和增强表达来验证基因的功能；通过不同温度处理下的根尖组织切片和一系列生理生化实验明确KSR1基因的功能；通过启动子接GUS和GFP融合蛋白转基因明确基因时空表达方式和亚细胞定位；结合基因芯片和RT-PCR分析上下游基因调控关系。从而达到阐明KSR1基因如何参与或调控水稻根系伸长的分子机制，及温度如何调控根系伸长的目的，为水稻根系育种提供潜在的基因材料。

1、完成了水稻短根突变体ksr1-1的遗传分析、基因定位与克隆，并同时克隆了3个等位基因（ksr1-2、ksr1-3和Osssr-1），转基因回复实验进一步验证了短根表型是由于该基因突变造成的。该基因编码一个β-1,4-葡聚糖内切酶，按CAZY命名为OsGLU3。.2、通过组织切片发现突变体ksr1-1和Osssr1-1短根表型是伸长区细胞的伸长受到抑制所致。.3、完成了突变体对温度敏感、激素响应和营养元素胁迫的生理实验。突变体ksr1-1和Osssr1-1在高温培养条件下根严重缩短，系高温敏感； ABA能在一定程度上促进突变体ksr1-1的根系伸长，但对IAA、NAA、GA和6-BA等激素不敏感；在-P条件下，短根突变体的根系伸长近2倍，但对缺氮不敏感，切片发现-P条件下突变体根系伸长是由于伸长区细胞伸长所导致。.4、完成了基因时空表达的研究。通过OsGLU3基因启动子接GUS的转基因实验发现该基因在根的伸长区和成熟区、侧根根尖、不定根原基表达强烈，在颖壳的颖毛上也有表达；通过OsGLU3基因启动子融合GFP的转基因实验发现OsGLU3定位在分生区及伸长区分布于细胞质内小体及质膜上分布，在成熟区定位于质膜上；用分生区报告基因（CYCB1,1:GUS)进行转基因实验，发现CYCB1,在突变体中的表达区域缩小，说明OsGLU3参与了根分生区的调控。.5、证明了OsGLU3参与根细胞壁纤维素合成。外源施加葡萄糖和纤维二糖突变体短根表型可以完全回复，发现突变体根内的葡萄糖含量与野生型没有明显差异，但根细胞壁中纤维素含量明显低于野生型，而地上部中没有降低，说明OsGLU3在水稻根系纤维素合成中起着重要作用。. 因此推测：OsGLU3通过参与根细胞壁纤维素合成，影响根细胞的分裂及细胞的伸长，从而调控根系的发育。.6、研究成果.(1) 在《Molecular Plant》、《植物学报》、《中国水稻科学》、《作物学报》、《中国农业科学》等刊物上发表研究论文7篇（标注基金号）。(2) 获国家发明专利授权1项：“水稻根系伸长相关蛋白及其编码基因与应用”（专利号ZL201110054626.7），申请并被受理专利一项：水稻侧根发生控制基因OsHK1及编码的蛋白质 申请号：201310372601.0。(3) 培养硕士研究生4名。