拟南芥SPE1基因调控种子和器官大小的分子机理研究

植物种子和器官大小是重要的农艺性状，然而植物种子和器官大小控制的分子机理目前并不十分清楚。我们实验室分离鉴定了一系列种子与器官大小改变了的突变体，其中spe1突变体有比野生型小的花瓣和种子。我们克隆了SPE1基因，该基因编码一个未知功能的蛋白。SPE1基因组和35S::SPE1都可以互补spe1突变体的表型，并且35S::SPE1形成比野生型大的花瓣和种子，同时还增加了单株产量。本项目将通过分析SPE1的表达模式和蛋白亚细胞定位，分析SPE1与其它调控种子和器官大小的基因的遗传关系，筛选SPE1的互作蛋白并进行功能分析以及建立SPE1调节的基因网络，从而理解SPE1调控种子和器官大小的分子机理，以期为作物高产育种提供新的理论基础和基因资源。

本项目研究了拟南芥SPE1/STN1/AGG3基因在植物种子和器官大小调控中的功能。spe1突变体形成较短的叶子、花、角果和种子，也因此更名为stn1（short organ 1）。研究发现：（1）、SPE1/STN1通过影响细胞分裂的持续时间调控细胞数目，而对细胞的最终大小没有明显影响。（2）、STN1编码植物特有的G蛋白的γ亚基—AGG3，过表达SPE1/STN1导致大的种子和器官，表明SPE1/STN1是种子和器官大小的重要调控因子。（3）、SPE1/STN1基因在细胞分裂旺盛的部位表达量较高。（4）、SPE1/STN1全长蛋白定位在细胞质膜，跨膜区对其膜定位具有比较重要的作用。（5）、SPE1/STN1编码蛋白含有一个跨膜结构、一个类似动物中TNFR/NGFR的结构、四个重叠的VWFC结构和Insulin类的结构。蛋白结构缺失实验表明SPE1/STN1的N端和C端对其功能都是必须的，而一系列在结构域中的小片段缺失都不能完全消除SPE1/STN1的功能。（6）、SPE1/STN1的N端和异源三聚体G蛋白β亚基（AGB1）的N端能够直接相互作用。遗传学分析也表明SPE1/STN1通过G蛋白信号途径调控器官大小。另外，我们的研究还发现SPE1/STN1/AGG3和DA1作用在同一个遗传学途径调控花瓣长向的细胞分裂，而与其它一些器官大小的基因（ROT4、KLU、EOD1、ROT3）作用在不同的遗传途径中。因此，我们的研究发现了SPE1/STN1/AGG3是种子和器官大小调控的重要基因，并初步阐明了AGG3调控植物种子和器官大小的分子机理。.迄今为止，本项目在国际期刊发表论文2篇，其中SCI收录1篇。申请国家发明专利2项，其中1项已经获得授权。