水稻茎秆扭曲控制基因RO1的克隆及功能研究

近年来，许多控制水稻株型的基因被相继克隆，而关于茎秆弯曲生长突变体的报道却非常有限。在前期工作中，我们新发现了一个苗期茎秆呈扭曲螺旋生长，叶片扭曲，后期茎秆逐渐直立，但植株矮化、穗子和种子变小的突变体。通过图位克隆的方法，克隆到了该基因，属于成蛋白家族新成员，暂将其命名为ROTATED1，简称RO1。生长素极性运输及重力反应测定的初步研究结果表明，RO1基因的突变导致突变体中生长素极性运输减弱，重力反应增强。本项目将继续研究RO1的基因表达模式、亚细胞定位及控制维管发育的细胞学基础；深入探讨野生型、突变体及过量表达植株中生长素极性运输及生长素分布的变化；鉴定其相互作用的蛋白质；研究生长素运输、细胞骨架、囊泡转运在植物茎发育和重力反应中的相互作用。最终试图阐明RO1参与植物茎秆扭曲及矮生的分子调控机理，为培育具有理想株型的超级水稻品种提供分子基础和理论依据。

植物中由于较难得到成蛋白单基因突变而导致表型异常的突变体，所以对于植物成蛋白功能的研究较少，它们的功能更多是从动物与真菌的成蛋白功能推测而来。要想更好地阐明成蛋白在植物中的特异生物学功能，就必须获得成蛋白功能缺失性突变体。通过EMS诱变技术，我们新发现了一个苗期茎秆呈扭曲螺旋生长，叶片扭曲，后期茎秆逐渐直立，但植株矮化、穗子和种子变小的突变体。暂将其命名为ROTATED，简称RO。向地性反应测定的结果表明，ro突变体中暗处生长的胚芽鞘及光下的根向地性反应明显增强。ro突变体与以前报道的只发生茎秆螺旋生长的突变体及茎秆扭曲生长与植株矮化并存的突变体都不同，茎秆和叶片扭曲生长的表型只见于苗期，说明RO基因可能在水稻发育早期的株型形成和保持中起着重要作用。表型独特的ro突变体为我们进行植物发育早期株型形成的分子机理研究提供了难得的材料。. 通过图位克隆的方法，我们克隆到了该基因，属于成蛋白家族新成员。生长素能够抑制RO基因的表达，而生长素运输抑制剂NPA则诱导其表达。ro突变体对NPA超敏感，而NPA处理野生型则能够模拟突变体茎秆扭曲生长的表型，暗示RO基因的突变可能导致了生长素极性运输的减弱。FM1-43的研究表明，ro突变体中囊泡运输过程对抑制剂BFA不敏感；BFA对水稻主根伸长的抑制作用在ro突变体中也不敏感，这些结果表明囊泡转运可能通过调控生长素的极性运输过程而参与RO基因对水稻株型的控制。目前尚未见成蛋白通过影响生长素极性运输及囊泡转运调控植物茎发育的报道。最后，利用NPA处理的野生型及ro突变体的表达谱芯片分析结果表明，RO基因可能通过部分转录因子及细胞壁结构蛋白基因的转录调控而直接参与了突变体的茎秆扭曲及矮生生长。本项目的完成将为将植物茎秆扭曲及矮生分子调控机理的研究提供重要依据和理论指导，为培育具有理想株型的超级水稻品种提供分子基础。