水稻叶毛发育调控基因GL1的克隆及其作用机理研究

植物的叶毛赋予植物一定的保护作用，可以减少热量和水分的散失，吸收营养和水分，并影响叶表面生境。叶毛系统也是研究植物细胞分化和发育的一种常用模式，在模式植物拟南芥中，叶毛发生的分子机理已有较深入的研究，但单子叶植物中叶毛发育的研究报道很少，其分子机理也不同于拟南芥。.水稻是单子叶植物分子生物学研究的模式植物。本课题组通过图位克隆已将控制叶毛发生的GL1基因精细地定位在30kb的区间内，并在界定的范围内确定了6个候选基因，通过数据库比对分析发现这些候选基因均与拟南芥中叶毛发育相关基因无同源性。这预示GL1可能是叶毛发育调控机制中一个新的基因。本申请拟在此图位克隆基础上，锁定目的基因，展开基因功能互补验证，分析基因和蛋白结构功能，并结合基因芯片技术探究与其互作的基因，初探水稻叶毛发育的分子机制，探究单子叶和双子叶植物表皮细胞发育分化机制的异同。

我们通过图位克隆方法已将gl1精细定位在30kb的区段内，通过对候选基因（6个）的分析和测序，发现候选基因中有一个的启动子是有异常的。初步确定了Os05g02730是控制叶毛发育的基因gl1, 同时利用RACE技术得到了其全长cDNA。将非光身稻中gl1基因的全长cDNA片段，插入带有35S启动子的转化载体中，转化光叶水稻HMK, 得到4株阳性材料，对转基因阳性植株进行电镜观察，发现叶片和颖壳上又出现了表皮毛。同时利用RNA干涉技术，沉默非光叶的日本晴水稻中的gl1基因。获得的转基因植株表现出叶片和种子颖壳上表皮毛缺失，这些结果确定了Os05g02730是控制水稻表皮毛发生的基因。通过检测营养生长期的根，叶片，顶端生长点，叶鞘，和生殖生长期幼穗中LOC_Os05g02730的表达，发现它仅在穗期能被检测到，且只在光叶材料TN1中未在HMK中有表达。光身稻Lemont中GL1基因Promoter区存在大片段缺失，我们通过对来自世界各地的18份光叶材料进行该基因启动子的缺失类型鉴定，发现它们均与Lemont相同。同时我们也对来自云南光叶稻的17份材料进行了测序，发现该启动子区不存在片段缺失。鉴定的三个有毛的粳稻品种（京系17，嘉花，日本晴）属于gl1启动子区不存在大片段缺失的类型。这暗示云南稻和其他光叶稻在起源上可能具有不同。将多种光叶材料分别与Lemont进行杂交，杂交F1表型鉴定结果都为光叶光壳，说明光叶稻基因具有普遍等位性。.按照Os05g02730编码的蛋白结构特性分类，它属于WOX基因家族中OsWOX3亚类。对不同来源的WOX基因成员进行分析发现Os05g02730与拟南芥AtWOX3/PRS属于同源基因。在WOX3分支下，水稻中有3个，拟南芥中有1个。玉米中的WOX3基因家族及拟南芥中的均在侧生器官发生过程中具有富集原基细胞的功能。该基因亚家族在单子叶双子叶分化之前就存在，而且在分化之后单子叶中存在基因加倍过程。.我们对于GL1 RNAi转基因株系F2及亲本日本晴中进行了农艺性状调查。包括株高，分蘖数，每穗粒数，结实率，千粒重。结果发现它们没有明显差异。对于干燥后的谷物，我们发现转基因株系显著提高了谷物的容积率，但谷粒的大小和性状，包括粒长、粒宽、粒厚以及长宽比，与日本晴相比却没有显著性差异。