水稻RACK1蛋白调控网络构建及其在对逆境响应中的功能研究

RACK1 is a typical WD40 repeat protein and plays key roles in many biological processes. The functions of RACK1 are largely unknown in plants.In present project, our study focuses on the functions and molecular mechanisms of rice RACK1 (OsRACK1), as a scaffold protein, in integrating signal transduction networks. We hope to construct the RACK1-mediated signaling network, using different approaches and techniques, including bioinformatics, cell biology, protein science, plant physiology and biochemistry, molecular genetics,etc., and aim to elucidate the roles and molecular mechanisms of RACK1 protein in the responses of rice plants to environmental stresses, including drought and salinity.

RACK1蛋白是一类典型的WD-40重复蛋白，在许多关键性生物学过程中担负重要功能。目前植物RACK1功能研究所取得的进展主要来自于模式植物拟南芥的工作，对水稻等重要农作物RACK1蛋白的功能还很不清楚，特别是水稻RACK1作为一种支架蛋白在整合细胞内不同信号通路，进而调控重要生物学过程中的作用及其机理尚未得到阐明。本项目在过去几年对拟南芥和水稻RACK1功能研究的基础上，针对目前在水稻RACK1研究领域存在的关键科学问题，采用生物信息学、细胞生物学、蛋白质化学、植物生理生化学、分子遗传学等手段，构建RACK1蛋白介导的信号转导途径及其与其它蛋白介导的信号转导途径间的调控网络，在此基础上，阐明RACK1蛋白在水稻响应干旱和盐胁迫等生物学过程中的功能，最终为培育抗旱/盐胁迫水稻品种和水稻栽培实践提供理论依据。

本项目应用生理生化及分子遗传学等手段研究了水稻RACK1蛋白在调节水稻抗干旱和盐胁迫中的功能及其可能的调控机理，取得了如下进展：(1)通过构建了高质量的酵母双杂交文库，筛选到了与OsRACK1A以及OsRACK1B蛋白的互作蛋白；建立了GFP标签的OsRACK1A及OsRACK1B过量表达的转基因水稻，成功构建了与水稻OsRACK1蛋白调控的互作网络。(2)应用荧光等技术，结合细胞生物学等手段成功地对OsRACK1A和OsRACK1B蛋白进行了细胞和组织定位。(3)比较分析了过表达OsRACK1A及干扰表达OsRACK1A的转基因水稻与野生型水稻种子萌发状况及其对外源不同浓度ABA、H2O2等处理的响应差异；分析了不同基因型水稻种子在萌发过程中内源ABA和H2O2含量以及ABA、H2O2合成相关基因的表达量以及α-淀粉酶活性的差异，阐明了OsRACK1A在ABA与H2O2介导的调控种子萌发过程中的作用机制。(4)研究表明，OsRACK1A负调控水稻的耐盐性，这种调控特性与水稻细胞内Na+、K+含量以及脯氨酸、MDA、叶绿素含量和内源ABA含量差异密切相关；进一步应用转录组技术分析了不同基因型水稻在盐胁迫处理下相关基因表达的差异，发现了一系列表达有明显差异的胁迫相关基因。通过这些研究，提出了OsRACK1A在盐胁迫响应过程中的作用机理。(5)本研究首次发现水稻OsRACK1A在转录水平与转录后水平都受到昼夜节律的影响。高盐环境会破坏这种节律性变化，这为后续进一步深入研究提供了很有价值的线索。(6)我们也研究了与OsRACK1A蛋白高度相似的水稻G蛋白β亚基RGB1的功能。通过酵母双杂交(Y2H)、免疫共沉淀(Co-IP)以及双分子荧光互补(BIFC)实验，确定了RGB1能与水稻直立穗相关蛋白qPE9-1相互作用。RGB1通过控制内源ABA含量及相关基因表达，从而调控水稻对干旱胁迫的响应。.对照项目书中的研究内容和目标，本项目已经圆满完成了规定的目标。