水稻OsLFR在胚胎及胚乳发育中的作用及其机制研究

Rice is one of most important cereal plant, the embryo and endosperm are not only made up of rice caryopsis for human food but also will affect the yield and quality of rice. We priviously reported the functional gene LFR, encoding one plant-specific component of SWI/SNF chromatin-remodeling complex and invovling in multiple developmental processes of eudicots model plant, Arabidopsis Thaliana. In this project, we will focus LFR homologous gene OsLFR functions in seed development of rice, one of monocots model plant. We will use genetics, biochemical, cellular and molecular, epigenetic and chromatin biology technology and method, to detect the similar and different roles of LFR and OsLFR in development of Arabidopsis and rice, and to understand the mechanism of OsLFR function in embryo and endosperm development of rice, which may help us to learn more about monocots and eudicots plant.

水稻是重要的粮食作物，胚胎及胚乳是水稻颖果可食用部分，也是影响水稻产量及品质的重要方面。我们实验室前期在国际上首报了双子叶模式植物拟南芥发育功能基因LFR，其编码一种植物特异的染色质重塑复合体组分，调节多个器官形态建成。本申请项目将在单子叶模式植物水稻中进一步探讨LFR同源基因OsLFR的生物学功能，而且我们已经获得的数据表明水稻OsLFR的功能缺失突变体种子发育存在缺陷，我们将借助遗传、生化、细胞及分子生物学、表观遗传和染色质生物学等技术手段，探讨OsLFR及其所在的染色质重塑组分在种子胚胎及胚乳发育中的作用，并阐明其作用的分子机制。本项目相关研究不仅有助于对LFR及OsLFR生物学功能的认识，还将有望获得对单、双子叶植物胚胎及胚乳发育间差异机制的理论解释。

水稻是重要的粮食作物和单子叶模式植物，本项目通过多种技术手段，解析了我们首报的拟南芥发育功能基因LFR在水稻中的同源基因OsLFR的生物学作用。生物信息学比对表明OsLFR与LFR蛋白具有相似的保守ARM结构域及核定位序列，OsLFR蛋白定位于细胞核中，在增殖旺盛的组织细胞中广泛表达，转基因可以互补拟南芥LFR的功能，这些表明OsLFR确实是AtLFR的同源蛋白；借助T-DNA插入突变体和基因编辑突变体、转基因回复和超表达株系，遗传分析表明OsLFR完全缺失突变体种子致死，种子发育进程表型的细胞学追踪表明，OsLFR缺失体的胚乳在细胞化阶段存在提前死亡的现象，胚胎停滞种子发育早期，造成种子败育。转基因OsLFR可以回复缺失突变体表型，这说明OsLFR在胚乳及胚胎发育中发挥重要作用；免疫沉淀-串联质谱和蛋白互作分析表明，OsLFR与分析预测的水稻SWI/SNF染色质重塑复合体的多个成员间可以共沉淀或直接互作，这表明OsLFR可能是作为水稻染色质重塑复合体的成员发挥其生物学作用的；差异表达谱及定量RT-PCR分析表明，水稻中Oslfr缺失突变影响了多种类型基因的表达变化，初步的ChIP-qPCR检出了直接调控的2个靶基因。本项目研究表明水稻OsLFR存在不同于AtLFR的特有功能，与AtLFR类似存在于SWI/SNF染色质重塑复合体。本项目研究理论上将促进对植物发育功能基因LFR及其所在SWI/SNF染色质重塑复合体的认识，促进植物表观遗传学或染色质生物学科发展，并有望为水稻分子设计育种靶基因或模块的选择提供理论依据。本项目研究共发表标注文章5篇，获批发明专利1项。