水稻花穗原基发生和生殖器官发育中AGP基因功能的研究

阿拉伯半乳糖蛋白(AGPs)是一类富含羟脯氨酸的糖蛋白。在本人前期研究中预测并鉴定了69个水稻AGP基因，发现了若干可能参与水稻花穗和生殖器官发育的重要AGP基因，但目前国际上未见相关研究报道。因此，我们基于这一思路和前期研究基础，本项研究以重要的粮食作物和遗传背景清楚的模式植物水稻为材料，采取基因克隆与表达、转基因技术、原位杂交、蛋白生化分析、表型分析、细胞组织显微技术、免疫荧光等细胞和分子生物学技术，研究水稻花穗原基发生和分化、子房和花药生殖器官发育中OsAGPx，OsAGPa和OsAGPb基因的表达规律和模式、基因产物定位和分布特点、蛋白质和糖基侧链的生化特性、与相关基因的调控关系等分子机理，揭示和探讨AGP基因在水稻有性生殖发育中的分子机制和生物学功能，这一研究成果将填补水稻AGP基因功能研究的空白，具有极其重要的理论意义。预计该项研究成果发表SCI论文4-5篇，培养研究生若干名。

AGP基因是一类重要的富含羟脯氨酸的糖蛋白，在被子植物中起着重要的作用。我们预测并鉴定了57个新的AGPs；对AGP基因突变体和RNAi植株进行了表型、表达和生物学功能研究，获得的主要结果如下：.（1）对水稻花穗原基发生和生殖器官发育相关的、新的AGP基因的生物信息学分析，从水稻基因组中鉴定了62个植物蓝素类(PCs)AGPs基因家族成员，将它们分为类似uclacyanin的蛋白（OsUCLs），类似stellacyanin的蛋白（OsSCLs）和类似早期结瘤素的蛋白（OsENODLs）三个亚家族，其中38个AGPs基因是新的阿拉伯半乳糖蛋白基因。..（2）对水稻编码类木质形成素（XYLPs）的基因家族进行了鉴定、染色体定位和表达分析；筛选并获得了21个水稻XYLPs，其中19个基因编码的蛋白是新的AGPs，使水稻AGPs数目由98个增至117个。成功鉴定了OsXYLP7和OsXYLP16基因的T-DNA插入突变体，并对突变体进行了初步的表型分析。.对上述鉴定的基因复制分析表明，染色体片段复制和串联复制在该基因家族进化过程中产生了同等重要的作用。..（3）构建了一系列AGP基因沉默（RNAi）、超表达、CRISPR Cas9载体，利用水稻转基因技术获得了转基因植株，正在进行RNA水平鉴定和表型观察，为后续研究打下了坚实的基础。..（4）研究了AtAGP11基因超表达植株的表型特征，发现AtAGP11基因超表达导致角果败育，其原因可能是影响了花丝细胞正常生长，这暗示着AGP11基因在花丝细胞生长中发挥着重要作用。..（5）研究了花穗原基发生和生殖器官发育相关的AGPa基因的时空表达和分布模式。通过qRT-PCR和GUS染色，显示OsAGPa在生殖器官中优势表达。研究显示AGPa基因的沉默导致开花提前和花穗减少，暗示AGPa基因在花穗开花和结实中发挥着重要作用。..（6）发现水稻AGPa基因在细胞壁和维管束发育过程中发挥着重要作用；同时，通过OsAGPa基因RNAi植株的花穗轴和叶片的RNA转录组测序和生物信息学分析，发现了一些重要的基因在其中上调和下调，暗示与OsAGPa基因的调控有关联。.. 该项研究在SCI期刊上发表科学研究论文5篇，核心期刊上发表综述和研究论文2篇；授权专利一项；培养研究生多名；圆满完成了该项目的预期目标，正在进行深入的研究。