SiTAA1调控谷子穗发育的功能研究和机理分析

Panicle architecture is one of the most important agronomical traits that directly contribute to grain yield in crop. Identification of key genes and the regulatory mechanisms that control this quantitative trait is critical for crops genetic improvement. Setaria italica is now becoming a promising model crop for functional genomics in Panicoideae, especially but not limited in the aspects of drought tolerance and C4 photosynthesis. Our lab screened the taa1 mutant from a library of EMS induced mutants, which show panicle apical abortion and shortness compared to wild type. We isolated the candidate gene SiTAA1 by an integrative method of map-based clone and high-throughput sequencing. Based on these results, we will focus on studying SiTAA1 function and it downstream signaling regulation network, with cytobiology, bioinformatics, genetics and molecular biology methods. Moreover, we plan to screen core transcription factors that directly bind to wild-type promoter of SiTAA1, but not to mutant with the SNP to establish a genetic regulatory network of SiTAA1 on panicle development. Our research may unearth new insight into the molecular mechanism of panicle development, and provide a substantial basis and resource for genetic improvement of crops.

穗型是作物高产育种的关键性状，其相关基因的发掘和调控机制的解析是性状改良的基础。谷子作为新兴模式植物，是研究C4禾谷类作物功能基因的理想材料。本团队从谷子EMS突变体库中鉴定出一个穗秃尖且短小的突变体，图位克隆分离得到目标基因SiTAA1，且突变的SNP位点是位于SiTAA1基因启动子的一个顺式作用元件,对研究SiTAA1的转录调控具有重要意义。初步研究表明，SiTAA1可能通过一个新的途径参与调控谷子穗发育。本研究拟首先对突变体表型性状进行深入调查，系统分析其表型形成的分子细胞学基础；然后对SiTAA1进行转基因验证及功能分析；同时筛选结合野生型启动子且不结合突变体启动子的转录因子，初步建立SiTAA1调控谷子穗发育的遗传网络，为作物产量性状遗传改良提供基因资源和理论基础。

穗型是作物高产育种的关键性状，其相关基因的发掘和调控机制的解析是性状改良的基础。谷子作为新兴模式植物，是研究C4禾谷类作物功能基因的理想材料。本团队从谷子EMS突变体库中鉴定出一个穗秃尖且短小的突变体，图位克隆分离得到目标基因SiTAA1，突变位点是位于启动子区的一个SNP。初步研究表明，该基因可能通过一个新的途径参与调控谷子穗发育。本研究对突变体表型性状进行深入调查，系统分析其表型形成的分子基础，激素测定结果表明，突变体幼穗内源生长素含量显著降低；定量实验表明突变体幼穗发育的SAM1和SAM2阶段的TAA1基因表达水平严重下降；原位杂交结果表明TAA1在一级、二级、三级枝梗原基显著表达，和WT相比，突变体幼穗的SAM1和SAM2前期，枝梗原基中表达水平显著下降；幼穗不同时期的转录组数据表明，SAM2时期DEG基因约1500个，SAM4和FPnc时期，DEG基因有数百个，其中生长素信号通路应答最显著；突变体转化外源SiTAA1无法获得抗性愈伤，可能由于该突变体生长素含量过低导致，同时进行了杂交回补；通过酵母单杂交系统筛选结合野生型或突变体启动子的转录因子GATA、MADS和WRKY等；同时，我们发现突变体材料相较野生更加耐盐；可能是GATA和MADS竞争结合转录因子突变位点导致，初步建立SiTAA1调控谷子发育和抗逆协调的调控网络，为作物产量性状遗传改良提供基因资源和理论基础。