OsSultr3;3在水稻磷代谢与分配中的作用机制研究

Supported by a previous NSFC grant, we cloned the OsSultr3;3 gene which controls the phytic acid and total phosphorus content in rice grains. In this proposal, based on the achievements we have made, further researches will be focused on the mechanism on how this gene functions in phosphorus (P) metabolism and its distribution between vegetative tissues and rice grains. Three main studies will be performed : (1) By using the OsSultr3;3 mutants we already have and new mutants to be generated by genome editing, The P between rice vegetative organs (root, shoot and leaf) and seeds (hull, embryo,endosperm and aleurone) grown under different P concentration culture will be studied; (2) By using the yeast two-hybrids system and other techniques, screen and identify the proteins that interact with OsSultr3;3 to investigate their role in P metabolism; (3) Produce double mutant of OsSultr3;3 and SPDT , another gene known to be involved in P distribution, to study their synergistic effect on P metabolism and distribution. The results can increase our knowledge on the functional mechanism of OsSultr3;3 and provide new ideas to breed nutritional and envirenment-friendly cultivars.

在前一期基金资助下，本实验室克隆了一个控制水稻籽粒植酸和总磷含量的基因OsSultr3;3。本项目拟在此基础上对该基因影响磷代谢的作用机制、其在水稻营养体与籽粒间磷分配中的功能开展深入研究：（1）利用已有突变体和通过培育基因编辑新材料，分析不同磷条件下OsSultr3;3控制磷在营养器官（根、茎和叶）和种子（种壳、胚、胚乳和糊粉层）间分配的作用和机制；（2）利用酵母双杂交筛选并鉴定与OsSultr3;3互作的蛋白，研究其共同参与磷代谢与分配的机制；（3）创制OsSultr3;3和另外一个控制籽粒植酸和总磷含量的SPDT基因双突变材料，研究两者在磷素分配和代谢中的协同作用。研究结果将深化对OsSultr3;3功能和作用机制的认识，为培育磷高效利用水稻新品种并提高稻米磷素的营养和环保功能的提供新思路。

前期克隆了一个控制水稻籽粒植酸和总磷含量的基因OsSultr3;3，但其突变会影响水稻的产量、发芽率等农艺性状。同时，尝试利用异源互补酵母硫缺陷型、酵母微小体和爪蛙卵母细胞研究其对底物的转运，都无法确定其对磷酸盐、硫酸盐或肌醇的转运功能，推测其可能需与其它蛋白互作完成转运功能，从而参与植酸合成。结合专家评审意见，项目主要开展的内容包括（a）创制和分析OsSultr3;3与SPDT双突变材料；（b）OsSultr3;3互作蛋白的筛选与鉴定。. 利用双靶点基因编辑载体创制OsSultr3;3与SPDT双突变材料，但发现双突变材料基本不能结实，说明通过创制双突变体降低植酸含量从而培育资源环境友好型水稻新品种方法不可行。利用酵母双杂系统分析，找到38个可能与OsSultr3;3互作的蛋白，通过酵母双杂交点对点验证，发现OsSultr3;3（Os04g0652400）与Os04g0616400和Os04g0598900间可能存在相互作用。这两个蛋白都具有蛋白激酶功能域，而植酸在合成过程涉及多次磷酸化，之前的研究都无法阐明OsSultr3;3参与植酸合成的机制，可能OsSultr3;3需与某种蛋白激酶互作参与植酸中间产物的合成或转运，还需要其它的技术验证其互作，并通过体外试验验证其转运功能。