水稻愈伤组织分化相关蛋白的分离及其功能研究

The rice genetic transformation is a powerful tool for rice improvemnent and functional genomics study. Establishment of a highly efficient tissue-culture system has greatly accelerated the wide spread application of transgenic japonica varieties. However, the callus induction and plant regeneration frequency are low in indica, limiting the application of genetic engineering in indica varieties. In preliminary studies, we isolated a protein which is related with the rice callus differentiation and regeneration. Here, we will study the function of ISR genes by genetics, molecular biology, biochemistry, transgenic and other methods. This work will provide us more understanding about the mechanism of rice callus differentiation and regeneration, and it will be helpful to the research of the transgenic in indica varieties.

水稻转基因技术为水稻育种提供了一个崭新的重要途径，同时也是水稻基因功能研究的重要手段。目前，已经建立了粳稻品种的高效遗传转化体系，大大加快了转基因技术在粳稻中的应用。然而，籼稻的愈伤组织诱导及植株再生频率都很低, 限制了转基因技术在籼稻中的应用。在前期研究中，我们通过蛋白质组学分离到一个与水稻愈伤组织分化及再生有关的蛋白ISR。在此基础上，本研究将围绕ISR基因的功能展开相关研究，利用遗传学、分子生物学、生物化学、转基因等手段研究该基因是如何参与调控水稻愈伤组织分化及再生。这些研究将为解决籼稻愈伤组织诱导和植株再生率低提供理论依据，同时也为我国转基因技术在籼稻育种中的应用打下理论基础。

水稻是我国最重要的粮食作物。基于形态和生理性状，水稻可以分为两个亚种，籼稻和粳稻。我们通过二维电泳分析籼稻和粳稻，发现一个特异在籼稻中表达的蛋白，并通过质谱鉴定出该蛋白。我们对该蛋白的功能进行研究，得到如下结论:.1. 我们通过3’-RACE和5’-RACE获得ISR基因全长基因，ISR基因有两个外显子和一个内含子。.2. 日本晴和9311的ISR基因有9个SNP，其中位点2和7的氨基酸发生了改变。进化树分析表明ISR属于未知功能的基因家族。.3. RT-PCR、GUS和Western检测都表明ISR基因表达具有时空性，主要在根、茎和叶鞘中表达，特别在黄化苗中和愈伤组织中表达。亚细胞定位研究表明ISR在叶绿体中表达。.4. 我们成功构建了ISR-OV和ISR-RNAi转基因植株。转基因植株在苗期与野生型无差异，而在种子成熟期，ISR-OV转基因植株的叶片保持绿色，而野生型和ISR-RNAi转基因植株的叶片变黄衰老。同时，黑暗处理下ISR-OV转基因植株的叶片衰老比野生型轻。叶绿素测定也都显示，ISR-OV转基因植株的叶片叶绿素高于野生型和ISR-RNAi转基因植株。这些研究结果说明ISR基因能够抑制叶片的衰老。.5. ISR基因可能通过调控叶绿素降解途径的基因来抑制叶片衰老。我们研究发现在种子成熟期，野生型的叶片中叶绿素降解途径的基因表达都上调，而ISR-OV转基因植株中这些基因表达也上调，但明显低于野生型。.水稻叶片衰老是影响水稻产量和质量的重要因素。因此，揭示植物衰老的分子调控机制不仅是科技工作者致力解决的重要生物学问题，更是农业生产需要迫切解决的重大应用课题。我们发现ISR基因能够抑制叶片的衰老，是一个很好的农业性状。因此，研究该基因具有重要的理论和现实意义。