转录因子OsbHLH111参与糖信号通路抑制水稻幼苗生长的机理研究

The bHLH transcription factors have important functions in plant development. We obtained a bHLH transcription factor member OsbHLH111 from Nipponbare. Previous studies showed that: OsbHLH111 was constitutively expressed in rice and had a relatively higher expression level in root; OsbHLH111 was a nuclear protein; OsbHLH111 inhibited the growth of rice seedlings, compared with the wild-type NP, the length and height of 111-1/2/3 were significantly higher, the root length and plant height were obviously decreased in OE-1/2/3, and the glucose and sucrose contents in 111-1 were increased; Yeast two-hybrid Experiment showed that OsbHLH111 binds to OsSnRK1a. Based on previous studies, we plan to construct functional complementary material to confirm the role of OsbHLH111 in inhibiting rice seedlings growth; exogenously added sucrose experiment used to analyze the seedling growth of 111-1/2/3 and OE-1/2/3; analyze the downstream target genes regulated by OsbHLH111. The intensive study of OsbHLH111 function in inhibiting rice seedling growth involve in sugar signaling pathway will contribute to complete the sugar signal pathway and provide important reference for the mechanism of sugar signal regulation plant development.

bHLH转录因子在植物中有重要功能，申请者从水稻日本晴中得到一个bHLH转录因子成员OsbHLH111，前期研究表明：OsbHLH111在水稻中组成型表达且根中表达量较高，是细胞核蛋白；OsbHLH111抑制水稻幼苗生长，与NP相比，OsbHLH111缺失突变体根长和株高显著增高，过表达株系中根长和株高显著降低；OsbHLH111缺失突变体蔗糖和葡萄糖含量增高；酵母双杂交实验证明OsbHLH111与OsSnRK1a相互作用。本项目拟在前期研究基础上，进一步构建功能互补验证材料确定OsbHLH111抑制水稻幼苗生长作用，外源添加蔗糖分析OsbHLH111缺失突变体和过表达株系幼苗生长变化，分析OsbHLH111调控下游靶基因来深入探究OsbHLH111与OsSnRK1a互作参与糖信号通路抑制水稻幼苗生长的分子机制，本研究利于完善糖信号通路并对糖调控植物生长发育的机制研究提供重要参考和依据。

蔗糖不仅为植物生长提供碳源和能源，还作为信号分子控制植物发育，但关于蔗糖信号通路中的基因及功能机理的研究并不深入。海藻糖-6-磷酸（Tre6P）是植物体内蔗糖含量和可用性的信号，但同时是蔗糖含量的负反馈调节因子。SnRK1 是能量代谢中心，在植物能量感应和体内平衡中发挥核心作用。bHLH转录因子家族是水稻最大的转录因子家族之一。本项目解析日本晴中的bHLH转录因子成员OsbHLH111在水稻幼苗生长中的功能机理。通过敲除突变体和基因过表达突变体两种转基因材料的构建和表型鉴定，来明确OsbHLH111对水稻幼苗生长的影响；通过酵母双杂交、GST下拉和免疫共沉淀实验筛选OsbHLH111的互作蛋白；通过双荧光素酶报告实验和酵母单杂交实验明确OsbHLH111直接激活的下游靶基因。研究结果表明OsbHLH111在萌发的胚乳和水稻根部具有超高表达；与Nip对照相比，111-1/2/3敲除突变体的发芽率和发芽指数较高，而过表达系OE-1/2/3的发芽率和活力降低； 111-1/2/3根系较长，根条较多，株高较高，鲜重较重，而OE-1/2/3则有所降低。111-1/2/3的籽粒更长更宽且千粒重更大，而OE-1/2/3则有所下降。蔗糖饥饿显著上调 OsbHLH111的转录和蛋白质水平，同时增强OsbHLH111和OsSnRK1a之间的结合。OsbHLH111直接与OsTPP7 启动子中的G-box和TC-rich repeat结合以启动转录。 OsbHLH111增加了Tre6P 并降低了蔗糖含量。OsbHLH111通过整合低蔗糖水平、OsSnRK1a、OsTPP7转录和 Tre6P 含量来抑制水稻生长。本项目的研究首次揭示并解析了bHLH转录因子在蔗糖信号通路和水稻生长调控中的重要作用及分子机理。