ADF控制水稻绒毡层降解与花药发育的机理研究

Rice (Oryza sativa L.) is the world's staple food crop, understanding the molecular mechanism of floral organ development is very important for hybrid rice breeding. It has been shown in our previous research that, ADF (Anther development F-box), controls anther development in rice and encodes a typical F-box protein. During rice anther development, ADF is directly regulated by the transcription factor TDR, which is one of the key factors of tapetum Programmed cell death (PCD) in rice. However, it remains uncertain that how ADF regulated the development of tapetum PCD in rice. The main works of this study are as follows: (1) The functional analysis of ADF in rice tapetum degradation. (2) The study on the mechanism of ubiquitin-mediated protein degradation through screen substrate interaction protein with ADF. (3) The establishment of regulatory network of ADF for tapetum PCD in rice. This study will provide more theoretical support for the molecular mechanism of rice male sterility and gene regulatory networks. Also it is expected to create new male sterility materials.

水稻(Oryza sativa L.)是最重要的粮食作物之一，水稻花器官发育的分子遗传机制研究对杂交水稻育种具有重要意义。申请者前期研究发现，水稻ADF (Anther development F-box)基因编码一个典型的F-box蛋白，ADF受一个参与水稻绒毡层细胞程序性死亡(PCD) 进程的关键转录因子TDR直接调控，在水稻花药发育和绒毡层降解过程中发挥重要的作用。然而ADF如何参与到水稻绒毡层细胞PCD进程并最终影响花药发育的精确调控机制目前尚不清楚。本课题拟在已有基础上开展以下工作：（1）阐明ADF基因在水稻绒毡层降解过程中执行的生物学功能；（2）研究ADF蛋白与互作蛋白共同参与泛素介导的蛋白质降解途径的机制；（3）构建ADF与水稻花药绒毡层细胞PCD关键基因的调控网络模型。本研究将为水稻雄性不育的分子机理和调控网络研究提供理论支持, 有望创制新型雄性不育材料供育种应用。

水稻（Oryza sativa L.）是最重要的粮食作物之一，水稻花器官发育的分子遗传机制研究对杂交水稻育种具有重要意义。前期研究发现，水稻 ADF（Anther development F-box）基因编码一个典型的F-box蛋白，在水稻花药发育和绒毡层降解过程中发挥重要的作用。本项目着重阐明水稻 ADF 通过泛素化降解机制参与花药绒毡层 PCD 进程并最终影响花药发育的生物学过程，扩充了ADF调控水稻花药发育的网络途径。具体研究结果如下：（1）利用基因编辑技术获得了4种不同突变类型的ADF功能缺失突变体，ADF的功能缺陷引起花药绒毡层PCD异常导致花粉败育且不同的突变位点直接影响到花粉败育的程度；（2）ADF能够通过与OSK1、OSK10和OSK15等3个Skp1家族成员形成E3泛素连接酶SCF复合体，进而特异结合靶蛋白DIP1来实现其泛素化降解进程。（3）利用转录组、蛋白组联合分析的方法筛选到在ADF突变体中显著差异表达的60个候选基因（上调表达的26个，下调表达的34个）并获得8个与育性相关的转录因子，并重点阐明了R2R3-MYB家族转录因子OsD1的生物学功能，OsD1的功能缺失导致花粉部分败育且内外稃发育异常；（4）利用ADF基因成功的创制了第三代杂交水稻技术体系，精准高效的助推第三代杂交水稻繁殖系和不育系的创制进程。本研究提出了水稻发育过程中细胞程序性死亡的新机制，并利用ADF基因构建了第三代杂交水稻技术体系，解决了普通核不育系种子不能批量繁殖的技术难题，为第三代杂交水稻的选育提供了理论基础和遗传材料。