钼辅因子合成基因OsCNX1调控水稻穗发芽的分子机理研究

Pre-harvest sprouting (PHS) is a negative trait for rice yield and quality. Our team screened rice mutants from a mutagenized population under field conditions, and one was isolated and characterized as molybdenum cofactor (MoCo)-synthesis mutant by mapping-based cloning. The identified gene, cofactor for nitrate reductase and xanthine dehydrogenase 1 (OsCNX1), involves in the final catalyzed step of MoCo synthesis from molybdopterin to MoCo. In this study, we will identify the function of OsCNX1 involving in PHS and seed germination by genetic complementation and analysis of MoCo-independent enzyme activities (nitrate reductase, xanthine dehydrogenase, aldehyde oxidase and sulfite oxidase) in plants, study the expression pattern of OsCNX1 using subcellular localization and In situ hybridization assay, and screen the interacting genes via RNA-seq, yeast two-hybrid assay, BiFC, and Pull-down assay to study their regulation pathway involving in PHS. In addition, we will overexpress the OsCNX1 in rice in order to study the potential application value of OsCNX1 in rice PHS-resistance and stress-tolerance breeding. Moreover, this study would be helpful for exploring theory evidence for crop abiotic-stress tolerance breeding.

水稻穗发芽会严重地影响稻米的产量及品质。本项目组成员前期通过田间大规模筛选，获得了一系列水稻穗发芽突变体，并利用图位克隆等方法，成功鉴定到一个调控水稻穗发芽的基因OsCNX1。该基因编码钼辅因子(MoCo)合成途径中的最后一个酶，催化钼元素插入到钼蝶呤形成有活性MoCo的过程。本研究拟借助钼酶(MoCo-dependent enzyme)活性检测及遗传互补等方式，验证OsCNX1在调控水稻穗发芽及种子萌发过程中的功能；利用亚细胞定位、原位杂交等技术揭示OsCNX1特异表达模式；采用RNA-seq、酵母双杂交、BiFC、Pull-down等技术筛选OsCNX1互作基因，阐明该基因参与调控水稻穗发芽的互作网络及植株逆境响应的分子机理；同时，通过在水稻中过量表达OsCNX1，探讨该基因在水稻抗穗发芽及抗逆境育种方面的潜在应用价值，为作物抗逆分子育种提供新的研究视角和理论依据。

水稻穗发芽会严重地影响稻米的产量及品质。本项目组前期通过田间大规模筛选，获得了一系列水稻穗发芽突变体，并利用图位克隆等方法，成功鉴定到一个调控水稻穗发芽的基因OsCNX1该基因编码钼辅因子(MoCo)合成途径中的最后一个酶。本项目在前期工作基础上，通过OsCNX1转基因互补并结合AO、XDH等钼酶的检测，验证了OsCNX1的基因突变会造成水稻穗发芽的出现，证明了OsCNX1在种子萌发过程中的重要作用；通过qRT-PCR等方法分析了OsCNX1在水稻苗期、成株期及叶片、茎秆、不同发育时期种子的基因表达情况，得到OsCNX1在水稻中的基本表达模式；通过RNA-Seq、qRT-PCR并结合已有研究报道，筛选到与OsCNX1可能有互作关系的3个基因AO/AO3/XDH，并通过基因编辑技术获得了相关基因敲除的转基因材料，同时证明了这3个基因对植株的花粉发育至关重要；通过在水稻中过量表达OsCNX1，并进行抗逆性状的鉴定，发现了转基因水稻较对照可以显著的降低株高，并且显著的降低未打破休眠的种子的萌发率，进一步证明了OsCNX1在水稻种子萌发过程中具有重要作用；最后通过传统杂交技术将OsCNX1与相关基因进行了聚合并获得了基因聚合的转基因材料。本项目通过以上的研究，分析了OsCNX1调控水稻穗发芽的作用模式，探索了OsCNX1在水稻抗穗发芽及株高育种方面的潜在应用价值，为作物抗逆分子育种提供新的研究视角、理论依据和材料储备。...