水稻OsOPT9基因在硼元素的吸收与转运过程中的作用研究

Boron is known to be an essential element for higher plants. Boron deficiency and excess boron will lead to abnormal growth of crops, have a negative impact on agricultural production. Plants have a sensitive boron transport and regulation system, included a set of boron transporter mainly located in the cell membrane, at present there are many aspects of this system is not clear. The applicant acquired a Tos-17 mutant of rice OsOPT9 gene in the process of research on the oligopeptide transporter gene family in rice . The mutant showed the phenotype of boron deficiency，in the mutation seed only one third boron content compared with normal seed . we speculated that the gene may play a role in the boron distribution and transport process in rice. We aimed to study the role of OsOPT9 gene in the absorption and transport of boron in Rice. We have already had OsOPT9 gene insertion mutants, overexpression and RNAi interference transgenic plant, We plan to prepare mutant complementary transgenic plant, Tissue specific RNAi transgenic material, Tissue specific overexpression of transgenic plant . Through the OsOPT9 promoter–GUS analysis; subcellular localization of OsOPT9; Generation of yeast expressing OsOPT9, and determination of boron uptake in yeast; analysis of Tos-17 mutant of rice OsOPT9,overexpression and RNAi interference transgenic plant of rice OsOPT9, Determine The role of OsOPT9 gene in the process of boron uptake and transport in Rice.

硼是植物生长发育所必需的营养元素。缺硼和硼过量都会导致农作物生长发育的异常，对农业生产产生不利的影响。植物具有灵敏的硼运输与调控系统，主要由位于细胞质膜和内膜上的硼转运蛋白组成，目前这一系统还有很多环节不清楚。本项目申请人在对水稻寡态运输基因家族进行研究的过程中获得了一株水稻OsOPT9基因的Tos-17插入突变体。该突变体的生长发育展示出硼缺乏的表型，突变体种子中的硼元素含量只有正常种子的1/3，缺硼胁迫会诱导该基因表达，初步推测该基因可能在水稻硼分配与运转过程中发挥作用。本研究计划对水稻OsOPT9基因在硼元素的吸收与转运过程中的作用展开研究。以OsOPT9基因插入突变体、超表达和RNAi干扰的转基因材料为核心，通过亚细胞定位、酵母营养实验和突变体及各转基因材料的研究等，解析水稻OsOPT9基因在硼元素吸收与转运过程中的作用。

硼是植物生长发育所必需的微量营养元素，在植物的生长发育过程中具有不可替代性。在植物中硼主要作为细胞壁的结构分子存在，对维持细胞壁正常的结构和功能起着重要的作用。在硼摄入量不足的情况下，植物会出现明显的发育障碍，甚至无法完成正常的生育周期。但是在硼摄入量过多的情况下，植物体内过量的硼又会对植物细胞产生毒害作用。因此植物体内存在着一个调控硼分配的系统。. 本项目主要研究对象水稻OsOPT9基因属于水稻寡肽运输基因家族peptide transport（PT）亚家族，通过对水稻OsOPT9基因突变体和各种转基因材料的观测和分析，发现OsOPT9基因的异常表达会导致水稻体内硼元素的分配出现异常，从而出现一系列的硼元素异常分布的表型，包括水稻全生育期延长、晚花晚育、株高变矮、种子萌发率下降等硼缺乏的表型，特别是OsOPT9基因的突变会导致突变体的绒毡层细胞提前脱落降解，进而引起突变体雄配子体发育缺陷，从而体现出花粉败育，结实率下降的表型，而这种表型很可能是突变体的绒毡层细胞无法获得足够的硼来维持细胞壁的正常结构所造成的。另外，亚细胞定位实验证明OsOPT9基因编码的蛋白质位于细胞质膜上，低硼胁迫会导致OsOPT9基因的异常表达。因此，可以得出结论，水稻OsOPT9基因参与了水稻体内的硼分配，特别是在水稻的生殖生长阶段，向生殖器官运输硼的过程中发挥作用。同时我们也对水稻寡肽运输基因家族PT亚家族其它的基因进行了初步的研究，准备了大量的转基因材料，为进一步研究水稻寡肽运输基因家族PT亚家族打下基础。. 在农业生产上，硼缺乏是普遍存在的现象，申请人所在的江西省属于湿润多雨的地区，雨水会带走土壤中的有效硼，土壤缺硼的问题尤为明显。通常解决的办法是在农作物进入生殖生长阶段的时候追加硼肥，但是由于过高的硼含量会对植物产生毒害作用。这就给实际生产中硼肥的使用带来很多障碍，影响了硼肥的使用效果。水稻OsOPT9基因参与调控硼元素在水稻内部的运输与分配，在未来有可能利用该基因解决硼肥使用效率的问题。