水稻NLA基因调控磷吸收的分子机制研究

In plant, the SPX domain usually interacted with other proteins to regulate the Pi homeostasis. Previously, we have identified two SPX domain genes, OsNLA1 and OsNLA2, which belongs to the fourth family of SPX domain genes in rice. To our knowledge, the function and regulations of OsNLA1 and OsNLA2 is unknown. The OsNLA1 and OsNLA2 contained a RING domain, which may participate in Pi homeostasis by regulating protein degradation. In this study, we will screen the interaction proteins of OsNLA1 and OsNLA2 and identify the target proteins of OsNLA1 and OsNLA2. Moreover, we will verify the co-subcellular localization and interaction between OsPHO2 and OsNLA1/OsNLA2. Whether OsPHO2 involving the regulation of target proteins of OsNLA1 and OsNLA2 will be determined. Furthermore, we will develop the overexpression and RNA interfering plants of OsNLA1 and OsNLA2. The physiology function of OsNLA1 and OsNLA2 on phosphate uptake and homeostasis will be elucidated using the transgenic lines. Together with the molecular and physiology data, the molecular mechanism of OsNLA1 and OsNLA2 on phosphate homeostasis regulation will be provide in rice.

植物的SPX结构域往往通过与蛋白的相互作用调控磷的吸收平衡等过程。通过前期分析，我们确定水稻SPX结构域第四家族含有OsNLA1和OsNLA2两个基因。OsNLA1和OsNLA2蛋白含有E3泛素连接酶的保守结构域，推测这两个蛋白通过泛素介导的蛋白降解途径参与水稻磷信号网络的调控。本项目拟通过筛选OsNLA1和OsNLA2相互作用蛋白，确定OsNLA1和OsNLA2直接作用的下游蛋白。同时，检验OsPHO2与OsNLA1/OsNLA2的亚细胞共定位和相互作用等关系，确定OsPHO2是否与OsNLA1和OsNLA2共同来降解下游的目标蛋白。同时，发展OsNLA1和OsNLA2的超表达和RNA干涉等遗传材料，研究其在磷吸收转运中的生理功能。结合OsNLA1和OsNLA2的分子调控等数据，最终明确OsNLA1和OsNLA2的在水稻磷信号网络中的位置和分子作用机制，构建水稻磷信号调控网络的新模型。

植物的SPX结构域往往通过与蛋白的相互作用调控磷的吸收平衡等过程。通过前期分析，我们确定水稻SPX结构域第四家族含有OsNLA1和OsNLA2两个基因。OsNLA1和OsNLA2蛋白由一个N端的SPX结构域和一个C端的E3泛素连接酶组成，推测这两个蛋白通过泛素介导的蛋白降解途径参与水稻磷信号网络的调控。本项目利用烟草瞬时表达和原生质体转化等技术，发现OsNLA1和OsNLA2均是定位于细胞膜的上蛋白。同时，通过分子生物学手段，获得了OsNLA1和OsNLA2及相关基因的遗传材料。通过表型分析发现，OsNLA1突变会导致水稻叶片磷超积累，有趣的是，这种磷超积累可以通过敲除磷酸盐转运体OsPT2和OsPT8得到缓解。进一步利用BiFC和免疫共沉淀等研究发现，OsNLA1能与OsPT2和OsPT8在细胞膜上直接相互作用，并降解OsPT2和OsPT8蛋白。另外，我们还发现水稻中另一个泛素降解相关蛋白OsPHO2也能调控并降解OsPT2和OsPT8，但是OsNLA1和OsPHO2不能直接相互作用。通过对水稻中OsPHR2，OsPHO2，miR399，miR827，OsNLA1和OsPHO2的系统性分析，我们提出了这些基因在水稻对磷酸盐转运体的调控网络模型。同时，我们还比较了相关同源基因在拟南芥中的功能异同，这些研究结果加深了我们以水稻为代表的禾本科作物磷吸收调控网络，为作物的磷高效育种提供了理论依据。