水稻粒长、粒重基因 OsXCL 分子作用机理研究

提高水稻产量和品质一直都是水稻育种的重要目标。目前对控制水稻产量性状的机理虽有一定的了解，但对控制粒长、粒重的分子机理的深入了解仍有待更进一步的研究。为了探讨作物高产的分子机理，从水稻基因芯片分析中筛选到了一个控制水稻粒长和粒重的新基因OsXCL。该基因过量表达使水稻的粒长和粒重显著增加。本研究：①拟通过分析OsXCL基因过量表达和抑制表达引起的水稻基因组表达水平差异，确认研究受OsXCL调控的下游基因；②比较分析OsXCL基因在水稻各组织器官中的表达特性；③研究了解OsXCL蛋白分子在细胞中的分布定位和可能相亙作用的蛋白；④检测OsXCL蛋白和其可能相关的DNA结合序列相互作用。通过上述的研究，揭示出OsXCL可能的基因调控、作用途径及可能参与的生理生化反应过程，深入了解OsXCL控制水稻粒长、粒重的分子机理。本研究对培育高产优质水稻新品种具有十分重要的理论与实际意义。

水稻粒形性状主要包括粒长、粒宽、粒厚、长宽比和长厚比，其对水稻产量及品质形成具有重要作用。本研究项目主要结果包括：（1）将OsXCL基因转入多个水稻品种中过量表达，其粒长、粒重均有不同程度的增加；（2）OsXCL基因过量表达引起水稻细胞数目增多，细胞体积增大；（3）OsXCL基因表达具有时空特异性，且在生殖生长期的花器官、胚乳中有较高的表达水平；（4）荧光显微镜检测发现OsXCL－GFP融合蛋白荧光信号主要分布在细胞核中；（5）结合基因芯片和qReal- time PCR两者数据结果，对OsXCL基因过量表达引起的水稻基因组表达水平差异进行分析，初步筛选受OsXCL调控的下游基因；（6）酵母双杂交系统筛选水稻cDNA文库，初步筛选到14个可能的互作蛋白。我们还开展了OsXCL基因组织特异性过量表达分析，同源基因克隆，以及OsXCL编码区中的未知功能域DUF1645功能分段分析，首次发现OsXCL基因在水稻中特异性表达的表型与组成型表达的表型不同，其同源基因同样具有改变粒形、粒重的功能，且DUF1645功能域C端对粒长的增加是必须的。水稻粒形性状是与产量性状直接相关的重要农艺性状之一，阐明OsXCL基因控制水稻粒长、粒重的遗传与发育机理，将对培育高产、优质水稻新品种具有重要的理论与实际意义。