OsAT1调节水稻籽粒直链淀粉含量的机理研究

Starch synthesis plays important roles in grain yield and quality of rice.Recently,we found that OsAT1 was an anion transporter gene which may transport citrate.Overexpression of OsAT1 resulted in a lower expression of GBSSI, thereby decreasing the amylose content in rice.In this project,we will investigate the relationship among starch synthesis,related gene expression and enzyme activities during grain filling of rice, by using molecular, biochemical and physiological approaches. Subseuqently, we will further identify the genes and proteins which may be regulated by or interact with OsAT1, aiming to finally clarify the mechanism of how OsAT1 regulates the amylose content in rice.

稻米淀粉的形成是影响水稻产量和品质的决定性因素。最近我们对OsAT1的研究发现，它是一个可以编码柠檬酸阴离子通道的蛋白，过量表达该基因导致水稻籽粒中GBSSI的表达显著下调，从而导致籽粒中直链淀粉含量显著下降。本研究拟先通过分子及生理生化分析，初步揭示过量表达水稻植株籽粒灌浆过程中淀粉合成、淀粉合成相关酶活性及基因表达的动态变化及其对直链淀粉含量的影响；在此基础上进一步分离分辨可能的被调控基因或互作蛋白，旨在最终深入阐明OsAT1调控水稻籽粒直链淀粉合成的分子机理。

水稻是最主要的粮食作物之一，全世界约有三分之一以上的人口以稻米为主食。稻米淀粉的形成是影响水稻产量和品质的决定性因素。水稻中有一类阴离子通道基因编码的保守结构域可能具有转运柠檬酸的功能。我们对其中的OsAT1的研究发现，过量表达该基因导致水稻变矮、叶片变黄、种子变小、籽粒直链淀粉含量下降，并且水稻籽粒中GBSSI的表达显著下调，而干涉和基因编辑OsAT1植株株高、种子大小以及籽粒直链淀粉含量均比野生型植株中花11略有增加；因此，过量表达OsAT1导致水稻籽粒直链淀粉含量下降，并可能与GBSSI等淀粉合成相关基因的差异表达相关；进一步研究发现，OsAT1在水稻茎和叶中表达较高，该蛋白主要在叶片维管束表达，结合OsAT1具有多个跨膜结构域可能具有转运功能，通过检测发现，过量表达OsAT1的水稻叶片中硼元素明显增加，而干涉和基因编辑OsAT1植株中硼元素含量下降，并且过量表达OsAT1的表型与硼处理后水稻生长的表型非常一致，并进一步在酵母和拟南芥中表达OsAT1以及水培喂施硼等实验均证实OsAT1具有转运硼的功能；RNA-seq结果显示OsAT1过量表达的水稻籽粒中淀粉合成相关的OsGBSSII、OsSSSI以及OsGBSSI发生差异表达。结合以上结果，过量表达OsAT1导致水稻吸收更多的硼，过量的硼可能与淀粉合成的前体结合而影响淀粉和直链淀粉的合成相关的基因差异表达，导致籽粒中直链淀粉含量显著下降。因此，本项目对OsAT1调节水稻籽粒大小和直链淀粉含量的研究，为提高水稻产量和品质改良提供一定指导意义。