开花基因Ghd7.1抑制子SOG1的克隆和功能分析

Heading date determines the adaptation of varieties to ecological zones and cropping seasons, breeding varieties with suitable heading dates is an important component of high-yield breeding program. In the past we cloned Ghd7.1, a major gene contributing to grain yield and heading date; and obtained a suppressor mutant of Ghd7.1 by screening the EMS induced mutant library of Ghd7.1 overexpression line. The mutant was named as SOG1 (suppressor of Ghd7.1). SOG1 was mapped by MutMap strategy, and narrowed down to a 300-kb region, where two potential candidate genes encoded transcriptional factors. Based on this proceeding, we will complete the cloning work, character expression profile and perform sub-cellular location. We will specify the regulatory pathway SOG1 involved by RNA-seq, ChIP-seq and expression comparison of key genes in photoperiod flowering pathway under short day and long day conditions. Together with producing double mutants of SOG1 and Ghd7.1 and validating the regulation of SOG1 to Ghd7.1 downstream genes, the mechanism of SOG1 suppressed Ghd7.1 will be elucidated. Favorable SOG1 alleles will be mined through association analysis with a diverse genetic germplasm collection. The completion of this project will enrich the regulatory mechanism of heading date in rice and provide instruction and gene for heading date breeding design.

摘要：抽穗期决定水稻品种的种植地区和季节，培育抽穗期合适的品种是水稻高产育种的重要内容之一。前期，我们克隆了影响水稻产量和抽穗期主效基因Ghd7.1，并且通过筛选Ghd7.1超表达材料的EMS诱变突变体，获得了一个抑制Ghd7.1抽穗期表型的突变体，将其命名为SOG1(suppressor of Ghd7.1)，利用MutMap策略将其定位到300 kb，其中包含两个编码转录因子的候选基因。在此基础上，我们将完成SOG1的克隆及其亚细胞定位。利用RNA-seq和ChIP-seq技术鉴定其下游调控基因，明确SOG1调控抽穗期的途径，结合构建SOG1与Ghd7.1的双突变体，分析SOG1对Ghd7.1下游基因的调控，明析SOG1抑制Ghd7.1的分子机理。同时利用关联分析鉴定SOG1在水稻资源中的优良等位基因。本项目的完成将丰富水稻抽穗期调控机理，为水稻生育期设计育种提供基因资源和理论指导。

对光周期的敏感性很大程度上决定了一个水稻品种的地域适应性，但目前水稻光周期敏感性的调控网络并不清楚。前期通过对晚花基因Ghd7.1超表达材料进行EMS诱变处理后筛选到的早花突变体sog1，本项目希望通过对sog1的克隆和功能解析，丰富水稻光周期途径调控水稻抽穗期的网络。..sog1是一个Ghd7.1超表达材料的背景筛选到的抽穗期突变体，通过与野生型回交获得无Ghd7.1超表达背景下的sog1材料，并重新进行了表型考察，发现sog1依然可以提前抽穗10天，并产生株高降低，产量减少的表型，说明sog1的表型并不是依赖于Ghd7.1超表达的，而是可以独立于Ghd7.1发挥功能。..通过mutmap的方法我们完成了sog1的克隆，发现其是Ghd8一种新的等位突变，在启动子上和编码区各有一个SNP突变，编码区的变异会造成编码产物中一个非同义氨基酸的变异。结合RNA-seq和realtime-PCR发现sog1突变体中sog1自身的表达量降低，同时Ehd1、Hd3a、RFT1等开花促进因子的表达量升高。说明sog1也是通过Ehd1途径进行水稻抽穗期的调控。..为了进一步解析SOG1的调控机制，我们利用SOG1进行酵母双杂交筛库鉴定到一个互作蛋白HAP5C。酵母三杂交显示当HAP5C存在的时候，SOG1可以与水稻光周期响应中的关键因子Ghd7互作。而编码区发生突变的sog1丧失了互作能力，暗示编码区的SNP变异可能是sog1突变体中的功能性变异位点。且当SOG1与HAP5C和GHD7互作形成三元蛋白复合物的时候可以直接结合调控水稻成花素基因Hd3a的表达，明确了SOG1的功能行使机制。..本项目的研究鉴定到Ghd8一个新的等位突变体sog1，通过对SOG1的功能研究揭示与光周期敏感因子Ghd7蛋白互作，并且共同结合调控成花素基因，证明了光周期响应因子Ghd7与成花素基因Hd3a之间存在直接调控关系，打通了光周期响应因子Ghd7与抽穗期调控之间的关系，为进一步完善水稻光周期调控抽穗期网络完善打下了坚实的基础。