水稻OsSLC7基因在其胁迫反应和生长发育中的功能机制研究

Due to climate change and social development, all kinds of stresses have brought serious impact on rice production. Research on stress response in rice can provide a good theoretical basis for improving rice stress tolerance and yield by gene transformation. Recent studies have proven that the GRAS protein SCL7 isolated from Populus euphratica and Zea mays both function as transcription factors in stress tolerance, but the functional mechanism is unclear. By overexpress OsSCL7 in rice, we find that it plays essential roles in both salt stress response and rice development, preliminaryly indicating that OsSCL7 is a pleiotropic gene. But further investigations are needed for understanding its acting mechanisms. Therefor, we present to construct OsSCL7 loss of function mutant, so to explain the functional roles of OsSCL7 in rice by analyzing its phenotype characteristics and stress response. In addtion, immunoprecipitation and chromatin immunoprecipitation are used to capture its interacting protein partners and target genes for clarifing its regulatory mechanism, thus providing more theoretical guidance and gene resources for rice resistance transformation.

由气候变化和社会发展等带来的各种胁迫已对水稻的生产带来了严重的影响，而研究水稻的抗逆机制能够为从基因水平上改良水稻，提高水稻的抗逆性，进而增加其产量提供很好的理论依据。初步研究结果表明胡杨和玉米中的GRAS蛋白SCL7作为转录因子参与植物的胁迫反应，但是其作用机理还不清楚。本课题组前期通过过量表达水稻中的OsSCL7蛋白，发现其与水稻的盐胁迫反应密切相关，同时还在水稻的生长发育中发挥重要的调控作用，表明OsSCL7蛋白具有功能多效性。因此，本研究拟在此基础上，通过构建OsSCL7功能缺失突变体，对其表型特征和胁迫反应进行分析，并结合过量表达OsSCL7对水稻胁迫反应和生长发育的影响，深入阐明其功能。同时利用免疫共沉淀和染色质免疫共沉淀技术捕获与OsSCL7相互作用的蛋白及其调控的靶基因，以此揭示其调控网络和作用机理，为水稻抗逆性改造提供更多理论基础和基因资源。

水稻是世界上主要的粮食作物，研究水稻的抗逆机制能够为从基因水平上改良水稻从而提高水稻产量提供很好的理论依据。GRAS蛋白是植物中特有的一类蛋白，最近的研究结果表明GRAS蛋白的SCL4/7亚家族与植物的抗逆性密切相关，如胡杨和玉米中的SCL7作为转录因子参与植物的胁迫反应，但是其作用机理还不清楚。本课题组前期通过过量表达水稻中的OsSCL7蛋白，发现其与水稻的盐胁迫反应密切相关，同时还在水稻的生长发育中发挥重要的调控作用，表明OsSCL7蛋白具有功能多效性。.在此基础上，本项目对OsSCL7的功能进行了以下研究：1通过基因敲除的方法构建OsSCL7功能缺失突变体，对OsSCL7功能缺失突变体进行形态学观察，结果表明OsSCL7突变后，与野生型相比，植株矮小，分蘖数减少，每一个节间与野生型相比都变短，叶夹角变小，叶片变宽，结实率降低。茎纵切切片结果表明OsSCL7突变后细胞变小，从而导致水稻植株的矮化，而茎横切切片结果表明scl7突变体茎横向细胞也变小但数目增加，导致其茎杆更加粗壮，互补实验表明scl7的表型确实是由于OsSCL7基因的突变所致。2对OsSCL7的表达及亚细胞定位进行分析，明确其时空表达模式及在细胞中的位置。表达分析结果显示OsSCL7在水稻各组织中均有表达，与其同时参与了水稻的营养生长与生殖发育的表型相一致，该基因受盐胁迫所诱导，表明其可能参与水稻胁迫反应。而亚细胞定位结果显示其主要在细胞核中表达，此外在细胞膜和细胞质中也有表达。3对其生物和非生物胁迫抗性反应进行分析，结果表明scl7突变体与野生型相比更加感稻瘟病，而scl7突变体的非生物胁迫处理实验还在进行当中。4对野生型和突变体进行了转录组分析，对比后发现许多抗性相关基因及次级代谢相关基因在scl7突变体中的表达发生了明显变化，并且多个抗病基因与生长素合成基因表达下调，这与其参与了生物胁迫及矮化的表型相一致。5通过对SCL7蛋白的三级结构进行解析，发现其可以形成同源二聚体，且表面形成了一个可以结合DNA的沟，说明其可能具有转录因子的功能。6通过酵母双杂交文库筛选和免疫共沉淀质谱分析，获得了一些与OsSCL7相互作用的蛋白质，目前正在进行验证。同时正在进行染色质免疫共沉淀实验以捕获OsSCL7所结合的启动子序列，进而明确受其调控的靶基因。以上结果将为揭示OsSCL7的功能奠定基础。