水稻OsPAO5参与种子萌发的功能及作用机制

Hydrogen peroxide play an important physiological function during the process of seed germination. In plant cell, hydrogen peroxide can be produced by a variety of ways. one of it come from polyamine decomposition catalyzed by polyamine oxidase (PAO), and also regulate the process of seed germination. However, the function and mechanism of PAO and their encoding genes in seed germination are still unclear. In previous studies, we proved that hydrogen peroxide produced by PAO oxidative pathway play a role in rice seed germination, and identifed a highly expressed gene named OsPAO5 in germinating seeds. The project will utilize molecular biological, bioinformatics, plant physiological and biochemical theories and methods comprehensively, explore the function and mechanism of OsPAO5 deeply through gene cloning, tissue localization analysis, subcellular localization, expression profile analysis, genetic transformation，key transcription factors and interaction protein identification. By executing and completing the project, there will be more evidence to support seed germination machanism, and provide candidate gene resources for cultivating rice germplasm. In all, the project has the potential application value.

过氧化氢(Hydrogen peroxide,H2O2)在种子萌发过程中发挥着重要的生理功能。植物细胞内的H2O2可通过多种方式产生，其中多胺氧化酶氧化多胺过程中所产生的H2O2是其重要的来源之一，同样参与对萌发的调控，然而有关PAO及其家族基因在种子萌发中的功能和作用机制仍不明确。我们在前期研究中初步证明了经PAO催化途径产生的H2O2在水稻种子中发挥作用，并鉴定得到一个在水稻种子中高表达的PAO基因，命名为OsPAO5。本项目拟综合运用分子生物学、生物信息学及生理生化等理论与方法，通过OsPAO5基因克隆、组织定位分析、亚细胞定位分析、表达谱分析、基因遗传转化及关键转录因子及互作蛋白鉴定等，深入解析OsPAO5基因在水稻种子萌发中的功能及作用机制。该项目的实施和完成不仅为种子萌发机理研究提供更多的证据支持，也为进一步利用分子手段改良培育水稻新种质提供候选基因资源，具有潜在的应用价值。

过氧化氢(H2O2)在种子萌发过程中发挥着重要的生理功能。植物细胞内的H2O2可通过多种途径产生，其中细胞壁多胺氧化酶(PAO)催化多胺分解后所产生的H2O2是其重要的来源之一，然而有关PAO及其家族基因在种子萌发中的功能和分子机制仍不明确。我们在前期研究中初步证明了经PAO催化途径产生的H2O2在水稻种子中发挥作用，并鉴定得到一个在水稻种子中高表达的PAO基因，命名为OsPAO5。本项目综合运用现代分子生物学、生物信息学及生理生化等研究理论与方法，通过OsPAO5基因克隆、基因组织定位分析、蛋白亚细胞定位分析、基因表达谱分析、基因遗传转化及关键转录因子鉴定等方法开展研究并取得如下研究结果：(1) 利用生物信息学方法分析并预测了水稻及禾谷作物PAO基因家族基因的结构、功能、定位及其在不同组织部位和水稻发育时期的表达。(2)利用PCR和RACE等基因克隆技术获得了水稻OsPAO5 基因的全长cDNA序列。(3) 水稻OsPAO5 基因在种子萌发过程中的功能分析,包括基因的组织定位分析，蛋白亚细胞定位，基因在mRNA 和蛋白质水平的表达分析，OsPAO5 基因表达调控关键转录因子的鉴定。(4)利用基因过表达和基于Crispr-Cas9的基因敲除技术获得OsPAO5转基因材料， 通过对比野生型和转基因材料的萌发表型，深入探讨了该基因参与种子萌发的分子机制初步分析。此外，在实施该项目的过程中，我们从多种化合物中筛选到一种可以有效抑制水稻萌发和穗上发芽的化合物。并开展了相关研究和申请了专利。该项目的实施和完成不仅为种子萌发机理研究提供更多的证据支持，而且也为进一步利用分子手段改良培育水稻新种质提供候选的基因资源，具有潜在的应用价值。本项目的研究结果已在Frontiers in Plant Sciences等期刊发表SCI论文3篇，中文核心论文1篇，授权发明专利1件，申请专利1件。