生育后期过表达OsSUT1改善水稻籽粒灌浆的分子机理

Improving the capability of grain filling has great significance on increasing rice grain weight and its paddy yield per area. Applicants obtained the new rice germplasm which was over-expressing sucrose transporter gene OsSUT1 in the late growing periods.The former studies found that transgenic plants shown higher grain plumpness and bigger grain weight in different environments and cultivate conditions. From the further observation, we found that transgenic lines shown better features of grain filling, such as quicker grain filling rate and plumper inferior grains. Be based on this, this project will carry out the comparison study of the transformation and utilization efficiencies of transgenic plants and their wild-type, dynamic of grain grouting, expression patterns of starch synthesis related genes, and explore the mechanism of its fulfilled grain filling. And so as to explore a new way to genetic improve grain filling of rice, and its seed setting rate.

改善籽粒的灌浆与充实能力，对提高水稻粒重、增加水稻单产有重要意义。申请者前期通过基因工程手段获得了生育后期过表达蔗糖转运蛋白OsSUT1基因水稻新种质。研究发现转基因株系在不同环境下、不同栽培条件下，均表现出籽粒充实度好、粒重增大的现象；对其灌浆过程进一步观察，又发现转基因株系籽粒灌浆速率快、基部弱势粒充实好；展现出了良好的灌浆、充实特性。本项目将在此基础上，比较研究转基因株系及其野生型灌浆期光合同化物的转化与利用、籽粒灌浆动态及淀粉合成相关基因表达特性；探索转基因水稻灌浆明显改善的分子机理。同时期望以此为切入点，探索一种遗传改良部分大穗、大粒型水稻品种籽粒灌浆充实不够、实粒率偏低的新途径，为其遗传改良提供新思路。

改善籽粒的灌浆与充实能力，对提高水稻粒重、增加水稻单产有重要意义。申请者前期通过基因工程手段获得了生育后期过表达蔗糖转运蛋白OsSUT1基因水稻新种质。研究发现转基因株系在不同环境下、不同栽培条件下，均表现出籽粒充实度好、粒重增大的现象；对其灌浆过程进一步观察，又发现转基因株系籽粒灌浆速率快、基部弱势粒充实好；展现出了良好的灌浆、充实特性。为阐明过表达株系灌浆、结实较好的分子机理，本研究对过表达株系与野生型灌浆期碳水化合物运输与转化效率的比较分析；对过表达株系与野生型株系籽粒灌浆动态进行了比较；对各样本灌浆相关基因表达量进行了比较分析；测定了成熟籽粒的相对密度，观察比较了胚乳淀粉粒排列情况等。. 结果显示，过表达OsSUT1基因株系水稻叶片光合同化物输出能力增强；过表达OsSUT1基因株系水稻穗部同化物供应量增多；过表达OsSUT1基因株系水稻籽粒尤其是弱势粒糖转化、利用效率增强；过表达株系籽粒灌浆更快，籽粒灌浆过程中增重比对照快，且最终籽粒重量也相对较大；过表达株系相对密度比对照更大，说明充足的灌浆物质供应可使籽粒灌浆物排列更紧密并有效提高水稻籽粒粒重；实验组多个与细胞分裂、糖代谢、淀粉合成等灌浆相关途径基因表达发生显著变化。结合多年实验结果提出过表达株系籽粒灌浆速率加快的OPSSR假说，即：OsSUT1过表达促进同化物向库端运输，库端高浓度糖分激活库容，从而加快籽粒灌浆速率。该研究基本明确了转基因株系生育后期过表达OsSUT1对光合同化物运输与分配的影响机理，初步阐明转基因株系籽粒灌浆与充实明显改善的调控机理。为遗传改良部分大穗、大粒型水稻品种籽粒灌浆充实不够、实粒率偏低等问题探索出一种新途径，为其遗传改良提供了新思路。