脂肪酸β-氧化调控水稻根系分生活力的分子生理机制

Root is vital to acquire water and minerals from the soil. The root elongation is determined by mitotic activity and cell elongation ability in the root apex. Up to now, a number of genes have been reported to participate in root cell elongation therefore affect root elongation in rice. However, few were discovered to regulate mitotic activity of rice root apex. Previously, we isolated a short root mutant, Ossrm1 (short root meristem 1), which displayed a relative shorter root meristem size. The map-based cloning results showed that the mutant was due to a mutation in a gene encoding an enzyme participated in β-oxidation. As the function of β-oxidation in rice is still limiting, we would like to dissert the molecular and physiological mechanism of regulating root meristem activity by β-oxidation in rice. The fatty acid metabolism and hormone production and response in the mutant will be checked to illustrate mechansim of how the β-oxidation affecting cell cycle of the root apex in the mutant.

根系的生长对水稻吸收水分养分具有重要作用，其伸长由根尖细胞分裂和细胞伸长决定，已有研究发现了一些控制水稻根系细胞伸长而影响根系生长的基因，但调控水稻根系根尖细胞分裂能力的基因仍然很少。通过突变体筛选，我们获得了一个根尖分生区小的短根突变体Ossrm1。图位克隆分析发现，该突变体是由于脂肪酸β氧化途径中的一个关键酶基因突变造成的。脂肪酸β氧化是植物的重要代谢途径之一，其在淀粉类作物水稻中的功能知之甚少。因此，本研究将利用Ossrm1突变体，结合根尖细胞分裂特点分析，从突变体代谢产物及激素水平及响应层面，探讨脂肪酸β氧化对水稻根系分生活力调控的分子生理机制。

根系的生长对水稻吸收水分养分具有重要作用，其伸长由根尖细胞分裂和细胞伸长决定，已有研究发现了一些控制水稻根系细胞伸长而影响根系生长的基因，但调控水稻根系根尖细胞分裂能力的基因仍然很少。通过突变体筛选，我们获得了一个根尖分生区小而细胞大小不变的短根突变体Ossrm1。图位克隆分析发现，该突变体是由于脂肪酸β氧化途径中的一个关键酶基因突变造成的。脂肪酸β-氧化参与茉莉酸及生长素的合成。同时，脂肪酸β-氧化过程也产生很多活性氧分子，这些活性氧分子能够参与植株的各种信号传递过程。GUS染色显示OsSRM1蛋白在根的根冠外侧，表皮，中柱和叶的维管束有表达。荧光共聚焦显示OsSRM1蛋白融合GFP在胞质内点状分布，与过氧化物酶体标记基因Peroxi融合mcherry重叠，证明其定位于过氧化物酶体。研究发现突变体Ossrm1的半短根性状不是由于茉莉酸合成的减少而引起的。而是由于Ossrm1基因突变减少根尖ROS的积累从而降低根尖细胞分裂的活力。本研究以Ossrm1为基础材料，探讨脂肪酸β-氧化调控水稻根系分生区活力的分子生理机制，从而为遗传改良水稻根系伸长能力提供理论基础。