调控水稻耐涝FS1基因的图位克隆和功能解析

Flood is one of the most serious disasters in the world. The flooding resist capacity is important for plant growth and development when undergoing the flood. However, the molecular network that controlling the flooding resist capacity in rice is poorly understood. To address this fundamental question, we identified a mutant called flood sensitivity 1（fs1）by screening more than 20,000 rice mutants，which severely sensitive to the water logging treatment. Hand-cut section analysis showed that parenchyma cells filled in the leaf gas spaces in fs1,which results in the defect in gas spaces formation，leading to severely sensitive to the flood in the mutant plants. Map-based cloning and further analysis of FS1 revealed that it encodes a novel ABC transporter protein with unknown function.To in-depth uncover the molecular mechanism of FS1 in regulating flooding tolerance , we will investigate the biological function of FS1 and identify interaction partners and downstream targets of FS1required for survival during flooding ,through biochemistry ,molecular biology and genetics approaches. Demonstrating the mechanism how FS1 orchestrates its function will have a significant contribution to flooding tolerance rice breeding.

涝害是全球性的重大灾害之一，作物遭受涝害后因缺氧导致生长停止甚至死亡，因此对作物的耐涝性进行深入研究具有重要的理论与实际意义。我们利用水淹的方法对2万多份突变体进行了系统筛选，获得了5个耐淹及水淹敏感突变体，其中1个突变体fs1(flood sensitivity1)对涝害极度敏感。研究发现其各时期根、茎、叶通气组织均发育异常。利用图位克隆方法克隆了该基因，其编码一个功能未知的ABC transporter家族蛋白，并成功进行功能互补实验。为了深入解析FS1基因如何调控水稻耐涝性，本项目拟通过植物生理、生物化学和遗传学等手段分析fs1基因的生物学功能，寻找FS1互作蛋白及其调控的下游基因，从分子水平上揭示FS1基因调控通气组织发育而控制耐涝性的分子机制，为利用分子手段培育耐涝性水稻涝作物品种提供指导。本研究也可为培育其他耐涝作物品种奠定基础。

涝害是全球性的重大灾害之一，作物遭受涝害后因缺氧导致生长停止甚至死亡，因此对作物的耐涝性进行深入研究具有重要的理论与实际意义，但目前对植物耐涝的分子机理知之甚少。课题组通过前期筛选，获得一份对涝害极度敏感突变体fs1（flood sensitivity 1），在本项目的支持下，开展了细胞学和分子遗传等相关试验。通过细胞学试验揭示了突变体fs1叶中气腔发育异常是造成水淹敏感的成因，并利用图位克隆法获得了基因FS1，该基因编码一个功能未知的ABC transporter家族成员，并成功进行功能互补。利用酵母双杂交试验，筛选到与之相互作用的乙烯受体蛋白ERS1。通过植物生理、生物化学和遗传学等手段分析FS1基因的生物学功能，证明FS1和ERS1相互协同调控乙烯信号转导途径，进而调控水稻叶片气腔的形成；同时利用双突变体等遗传学材料，证明FS1和ERS1调控水稻耐涝性的分子机制，为利用分子育种培育耐涝水稻新品种提供指导，本研究也为培育其他耐涝作物品种奠定基础。