茉莉酸调控水稻花器官发育分子调控网络的研究

Poaceae (also called grasses or Gramineae) is one of the largest families of angiosperms. It contains many agriculturally important crops, such as domesticated rice (Oryza sativa), barley (Hordeum vulgare), wheat (Triticum aestivum), maize (Zea mays), and sorghum (Sorghum bicolor). All grasses have a characteristic and complex inflorescence composed of one, a few, or many spikelets with greatly diversified organizations. Research on grass inflorescence diversity, development, and genes network associated with morphogenesis is always interested to biologist and breeders because of their significantly contribution to our understanding of the development of grass inflorescences and spikelets, which will greatly facilitate crop breeding programs for grain yield increase. Rice contains specialized spikelets, structural units of inflorescences that show great morphological diversity even within the grass family. In this research, we will further focus on uncovering the molecular mechanism of JA in controlling rice spikelet development by screening enhancer or attenuator of eg1-3 and interacting proteins with OsJAZ1, isolating downstream genes of OsJAZ1 and OsMYC2, and we will do site-directed mutagenesis such as TALEN and CRISP to mutated genes selected from Y2H and RNAseq assay, and to perform gene functional study by combining genetic, bioinformatics and biochemical methods. These research will not only help us get a clearer glimpse about the underlying regulatory network of JA signaling in controlling rice flower development, but also provide a chance to understand the evolutionary mechanism of JA signaling in regulating plant development.

禾本科包含水稻、小麦等重要的农作物，该家族植物具有特异的花器官形态特征，因其在生产中的重要性和形态发育上的多样性，其器官起始、发育和形态建成的遗传和分子调控机制的研究一直以来是植物学和育种学家的热点研究领域之一。水稻花器官具有单子叶植物特有的形态结构，其发育正常与否直接影响到水稻后代的繁殖和种子的产量。本项目将在前期研究工作的基础上，以JA生物合成代谢和信号传递异常突变体eg1-3和eg2-1D为研究材料，筛选eg1-3的回复子并对回复调控基因的功能进行分析；利用酵母双杂交技术筛选EG2/OsJAZ1基因的互作蛋白；利用RNAseq技术筛选OsJAZ1和OsMYC2的下游基因；利用CRISP等基因定点突变技术获得osmyc2等JA响应下游基因突变体，以期系统地开展JA调控水稻生殖发育时期花器官原基起始和后期形态建成的分子调控网络，为深入研究JA信号调控网络的进化机制奠定基础。

水稻花器官发育涉及小穗分生组织向花分生组织转换，外稃、内稃、浆片、雄蕊和雌蕊等各轮器官原基起始和属性建立，以及花分生组织有限生长等发育调控过程，受到复杂和精细的调控。我们前期的研究发现，茉莉素起到促进水稻小穗向花分生组织转换的作用，但其具体的作用机制仍不是非常清楚。在本研究中，我们以OsJAZ1蛋白为研究入手点，深入分析了OsJAZ1蛋白Jas功能域N端degron序列介导茉莉素信号传递敏感性的分子机制；并进一步发现茉莉素抑制蛋白OsJAZ的Jas功能域的多态性在信号传递的稳定性、特异性和敏感性中发挥着重要的作用，为后续揭示其他OsJAZ蛋白促进花分生组织建立分子机制的研究奠定了基础。我们还对OsJAZ1互作蛋白OsJMJ718的可选择性多聚腺苷酸化转录产生的机制进行了初步探讨，为进一步研究OsJMJ718如何参与花发育提供了研究材料。在下游调控网络方面，我们通过不同的方法筛选OsMYC2基因的突变体，并初步探究了OsMYC2基因在水稻中影响雄配子体传递的作用机制。我们还深入研究了茉莉素下游基因OsMADS1与其它MADS-box基因的蛋白互作、遗传互作和分子调控关系，揭示OsMADS1具有特异的表达模式，可分别与OsMADS3、OsMAD58互作平衡花分生组织的活性。为了进一步深入研究茉莉素与其他激素如生长素的互作关系，我们建立了DR5:VENUS和DII:VENUS分子标记系统，可稳定和高灵敏的显示水稻各发育过程中活性生长素的分布。以上研究内容部分已经整理发表在Molecular Plant, Frontiers in Plant Science，植物学报等国内外学术期刊。并在植物生理学报、植物学报和生命科学等期刊发表研究综述，系统综述水稻花器官发育分子调控机制，特别是植物激素作用机制的研究进展。项目执行期间，培养博士生1名，硕士生6名，已发表受本项目资助研究论文9篇。