GA钝感的水稻包穗突变体相关基因功能分析及分子机制研究

赤霉素作为最重要的植物激素之一，参与种子萌发、茎杆伸长、叶片伸展、花发育等过程。磷脂酰丝氨酸合酶在植物、动物、微生物中广泛存在，但植物中关于该基因功能的深入研究,目前还没有相关报道。我们在粳稻日本晴的组织培养过程中获得了一个GA钝感的穗茎节缩短突变体gai1(t)-1，该突变体抽穗期突变体穗颈节不伸长，等位突变gai1(t)-2（来自中花11 EMS诱导突变体库）最上节间完全退化，外施GA后突变体表现为GA钝感。我们将该基因定位于第1染色体BAC: P0494A10上31kb区间内，测序结果表明该区间内一个磷脂酰丝氨酸合酶类似基因发生突变。本研究拟在此工作基础上通过转基因互补验证、基因敲除、过表达、组织特异性表达分析、突变体生理生化分析等实验，对GAI1(t)基因功能进行深入研究，明确gai1(t)突变体GA钝感的分子机制，探讨目的基因在水稻穗颈节发育中的作用方式。

摘要：水稻不育系的包穗问题一直是杂交稻生产中的一大难题，在制种时每亩需喷施8-12g赤霉酸(GA3)，不仅增加种子生产成本，同时加重了穗发芽，降低种子质量。Rutger曾指出可用EUI基因解决杂交稻包穗问题。但是单纯利用eui基因育成的品种植株略高，导致配制的杂种易倒伏，无法大面积推广。哺乳动物中的研究发现磷脂酰丝氨酸与细胞凋亡及细胞信号转导密切相关，但关于磷脂酰丝氨酸合酶的功能植物中知之甚少，我们在粳稻中获得两个等位包穗突变体sui1-1和sui1-2。图位克隆结果显示该基因可能编码磷脂酰丝氨酸合酶。本项目在此基础上构建互补载体并分别转化两种背景的突变体及其野生型，结果显示互补载体的转化可以使两个等位突变的表型完全回复正常。RNAi干涉结果表明，人为降低SUI1基因的表达量也会造成穗颈缩短，SUI1的表达水平与穗颈长度成正比，表达量越低，穗颈越短。由此证明SUI1基因的突变确实是造成抽穗期突变体穗颈不伸长，穗颈节长度GA钝感的内在原因。SUI1突变后通过影响细胞的纵向生长，使穗颈部细胞长度变短从而造成穗颈缩短的表型。sui1突变体在抽穗期穗颈缩短，外施GA后，包穗性状不能被恢复。为了研究SUI1和EUI1间的关系，我们构建了sui1/eui1的双突群体，F1代表现正常，F2代分离出四种表型， eui1 型、中间型、sui1型及正常表型，分离比基本符合9:3:3:1，性状调查结果显示EUI1的功能无法回复sui1的突变表型。eui1突变体由于GAs降解受阻造成GA含量冗余，从而引起穗颈大幅伸长， sui1/eui1双突也不能使sui1穗颈缩短的表型得到回复，说明SUI1可能介导一种有别于GA对穗颈长度调控的新机制，SUI1特异调控穗颈的发育。SUI1基因有12个外显子，11个内含子，基因组全长为4920 bp，cDNA全长1626bp，编码425个氨基酸。水稻中存在可变剪接，共存在3中转录产物，对应编码4种多肽。水稻中还有另外两个同源基因，编码蛋白同源率分别为78%和63%。SUI1定位于质膜和核膜上，N端融合会影响蛋白的定位结果。基因芯片结果显示很多涉及生长素、茉莉酸、GA等激素及钙离子等信号途径的基因表达差异显著。SUI1的克隆及其功能分析为水稻穗颈长度、株高等重要农艺性状与细胞信号传导之间关系奠定了理论基础。