水稻植酸代谢相关基因OsST3的功能研究

植酸合成代谢是一个复杂的网络途径，对植酸代谢相关基因的克隆和功能研究，不仅可以阐明植酸合成代谢途径，且为利用反向遗传学方法创造新的突变体，培育具有营养和环保双重功能的低植酸作物新品种提供理论依据。本项目在图位克隆获得一个水稻低植酸突变基因OsST3（Sulfate transporter 3）的基础上，拟利用亚细胞定位、启动子分析、qRT-PCR、离子交换色谱、基因过表达与人工微RNA技术（amiRNA）等方法和技术，从基因时空表达模式、代谢终产物、基因功能验证等方面研究OsST3基因的功能，解释其调控植酸合成代谢的可能机理，进而剖析OsST3基因在水稻种子和植株发育中的生物学功能，同时为通过基因操作手段培育功能性低植酸水稻新品种奠定基础。

本研究对一个水稻植酸相关候选新基因OsST3（Sulfate transporter）进行了系统的功能研究。通过遗传互补试验证实OsST3基因参与植物体内植酸合成代谢途径；利用荧光蛋白技术将OsST3蛋白亚细胞定位在内质网上；启动子结合GUS组织化学染色试验表明OsST3基因主要在水稻地上部分（茎、叶、颖壳）维管束组织木质部，在发育种子的盾片部位表达；研究了野生型和突变体之间不同组织和发育时期的植酸及硫酸盐转运蛋白（OsSultr）相关基因基的表达，发现突变体根部OsSultr1;1基因的表达显著上升，而在早期发育种子中，2PGK与OsSultr3;5基因表达显著下降；对突变体、野生型种子不同部位的P、S元素组分检测表明，突变体稻米各部位中的无机磷含量升高，植酸含量下降，而稻壳中硫酸根含量下降，糙米、胚乳、胚中则升高；酵母异源功能互补试验结果初步显示OsST3蛋白不能直接转运PO43- 和SO42-；利用分子标记辅助选择育种，基因聚合了双突变的低植酸水稻材料。研究结果不仅丰富了对植物体内植酸代谢途径的认识，也为体内磷、硫组分元素的转运互作研究奠定了基础，同时为低植酸水稻的基因工程和分子育种提供了新的种质资源。