水稻多效性基因Ghd7功能的分子机理解析

一因多效基因Ghd7同时影响水稻每穗颖花数，株高和抽穗期，对其分子机理解析，将为水稻育种如何合理应用这个基因提出理论指导。本项目以Ghd7的近等基因系和转基因单株为材料，在前期工作基础上，确定4个光周期途径的重要基因，从表达水平研究它们与Ghd7的互作关系。同时，构建双突变体材料，来确定Ghd7在光周期途径的位置。利用基因芯片技术，Flag标签技术，染色质免疫沉淀技术，全基因组范围内分离与Ghd7的互作基因和结合蛋白，寻找控制这3个不同性状代谢途径的结点。用组织特异性表达的启动子研究Ghd7在特异器官表达产生的表型变异，力图回答操作Ghd7是否可以只调控1个或2个性状的变化。所有这些类似工作将同时在长日植物拟南芥中进行。通过完成这些工作，期望回答Ghd7在长短日植物的功能差异和分子机理的异同。这些工作将会对作物复杂性状的生物学机理认识产生积极的推动作用。

除Ghd7在拟南芥的功能鉴定因转基因植株不能繁殖而无法进行，Ghd7组织特异表达失败外，其他工作均顺利完成，同时还克隆了与Ghd7互作的基因Ghd8。共发表论文14篇。. 获得了Ghd7、Ehd1a、OsGI和Hd3a单基因的ZS97背景的近等基因系，杂交获得2个、3个及4个基因的聚合材料；光照处理确定Ghd7在OsGI的下游，在Ehd1a和Hd3a的上游。另外还发现Ghd7和Ghd8存在互作，并克隆了重要适应性基因Ghd8。Ghd8编码HAP3亚基，长日条件下抑制水稻开花。利用104份水稻品种进行Ghd7核酸多样性分析得到8种蛋白质类型，关联分析发现了一个位于启动子处的SNP，通过调节Ghd7表达量而影响水稻株高。对180份材料的Ehd1、Hd1和Hd3a进行了深度测序，关联分析发现这些基因都有规律性的地理分布特点。比较Ghd7纯合型、杂合型、缺失型、超表达和抑制表达植株的Ghd7基因表达量，发现随着表达量的增加，株高、开花期和每穗粒数表型都显著增加。高低温处理试验证明Ghd7参与温度响应，且温度可以独立于光周期作用于Ghd7而影响抽穗期。. 酵母双杂交系统筛选到11个与GHD7互作的HAP2和HAP5家族蛋白，其中有的HAP基因直接参与光周期途径。获得了Ghd7基因融合3x Flag标签超表达植株，进行染色质免疫共沉淀和高通量测序分析，在高严谨度条件下发现96个结合位点。ChIP-qPCR方法验证发现部分结合位点与Ghd7并不存在上下游调控关系。用RNA-seq及基因芯片分析了近等基因系材料，鉴定出数个受Ghd7影响的开花途径基因、激素相关基因、生物与非生物逆境相关基因、花器官及株型基因。验证了ABA和JA对Ghd7的抑制作用，鉴定出了Ghd7参与ABA、GA作用途径的基因。比较NIL(mh7)和NIL(zs7)在不同种植密度下的分蘖情况，低密度条件下，NIL(mh7)的分蘖数要显著多于NIL(zs7)，表明Ghd7正调控分蘖的形成。低密度种植时，NIL(zs7)的一次枝梗和主穗长均减少，二次枝梗不变，穗粒数减少。而在NIL(mh7)中，低密度和高密度种植条件下，一次枝梗没有变化，而二次枝梗和主穗长均发生显著的增加和变长，穗粒数的增加。因此，Ghd7主要是促进侧生器官的发育来调控植株形态发生。