OsRopGEF信号网络调控水稻籽粒发育的分子机制

Rice grain size is one of the important agronomic traits in determining rice yield. Plant hormones have profound effects on grain development, however, the underlying molecular mechanism on plant hormone regulation of rice seed development remains elusive. We have recently found that the expression of members from rice OsROPGEFs , activators of RopGTPases, was induced by cytokinin, which can interact with cytokinin signaling components in controlling grain size. In this project, a combination of genetic, molecular, cell biology and biochemistry approaches will be used in dissecting the interaction between OsRopGEF-OsROP and cytokinin signaling components, and we will elucidate a molecular network of the integration of OsRopGEF-ROP module with cytokinin signaling in grain size control that were previously unrecognized. This project will define how OsRopGEF-ROP signaling network contributes to seed development through cytokinin pathway and will also provide new insight and gene resources into the processes of crop genetic improvement.

水稻的籽粒大小是重要的产量性状，虽然植物激素在调控种子发育中起重要作用，但水稻中有关植物激素调控籽粒发育的分子机制尚不清楚。申请人实验室的前期工作发现水稻小G蛋白ROP (Rho of plants, 简称ROP)的调节因子OsRopGEFs(Guanine nucleotide exchange factors, 简称GEF)成员表达受细胞分裂素诱导，与细胞分裂素信号组分相互作用并能调控籽粒大小。拟开展的工作将以水稻为材料，通过遗传学、分子生物学、细胞生物学和生物化学的研究手段，明确OsRopGEF调控籽粒发育的作用机制；深入研究OsRopGEF-OsROP信号转导与细胞分裂素信号组分在遗传途径上的关系；分析OsRopGEF信号网络与细胞分裂素互作调控水稻籽粒发育的细胞学和发育生物学基础。阐明OsRopGEF与细胞分裂素信号途径整合的分子调控网络。为水稻高产育种提供理基础和新的基因资源。

水稻的籽粒大小是重要的产量性状，虽然植物激素在调控种子发育中起重要作用，但水稻中有关植物激素调控籽粒发育的分子机制尚不清楚。在本课题中，我们鉴定了水稻小G蛋白ROP (Rho of plants, 简称ROP)的调节因子OsRopGEF(Guanine nucleotide exchange factors, 简称GEF)几个T-DNA 插入突变体，发现ropgef7a突变导致籽粒变小，用CRISPR/Cas9技术敲除该基因也获得相似的表型。过表达RopGEF7A导致幼苗产生扁平的茎尖分生组织，籽粒形状改变。本课题通过分子生物学、细胞生物学和生物化学的研究手段，研究发现OsRopGEF成员表达受细胞分裂素诱导，与细胞分裂素信号组分相互作用，调控下游A型ARR基因的表达，影响水稻冠根和籽粒发育。本课题的研究揭示了OsRopGEF-OsROP信号转导与细胞分裂素信号组分交叉整合调控水稻农艺性状的分子机制，为水稻农艺性状的遗传改良提供理论基础和新的基因资源。