水稻组蛋白甲基转移酶SDG724及互作基因调控抽穗期分子机制

Rice heading date is an important agronomic trait for climatic and regional adaption. Previously, using a rice late flowering mutant lvp1, we cloned a histone methyl transferase gene SDG724 by map-based cloning, verified its enzymatic activity in vivo and in vitro, clarified it regulated rice heading date pathway by mediating histone H3K36me2/3 levels on Os MADS50 and RFT1 chromatin locis, revealed the epigenetic regulation mechanism of heading date in rice for the first time and published it in the international academic journal Plant Cell; meanwhile, 6 revertants were obtained by a chemical mutagenesis of lvp1, and 1 mutant gene was rough mapped. On this basis, this project intends to clone 2-3 reverse mutant genes by next generation sequencing technology combined with a map-based cloning strategy, and through genetic complementary, genetic and expression analysis, chromatin immunoprecipitation assay, understand the functions of these genes, prove the regulatory relationships between them and SDG724, clarify the roles of histone methylation in heading date regulation pathway, rich rice epigenetics mechanism of heading date, and provide theoretical support and genetic resources for rice breeding.

抽穗期是决定水稻地区和季节适应性的重要农艺性状。前期研究中，我们利用水稻晚熟突变体lvp1图位克隆了组蛋白甲基转移酶基因SDG724，验证了其编码蛋白的体内外酶学活性，并阐明了该酶通过影响OsMADS50和RFT1基因位点处染色质H3K36me2/3的甲基化水平调控水稻抽穗期，首次揭示了水稻抽穗期的表观遗传调控机制，该研结果已在国际学术期刊《Plant Cell》发表；同时，对lvp1突变体进行了化学诱变，获得了6个抽穗期显著提早的回复突变体，并已初步定位了其中1个突变基因。本项目在此基础上，拟采用高通量测序与图位克隆相结合的策略，克隆2-3个回复突变基因，并通过转基因遗传互补、遗传与基因表达分析以及染色质免疫共沉淀实验，研究突变基因的功能，探明它们与SDG724的互作关系及组蛋白甲基化所起的调控作用，以丰富水稻抽穗期的表观遗传调控机制，为水稻育种提供理论支撑和基因资源。

水稻的开花诱导时间，在育种工作和农业生产中通常以抽穗期来衡量，也称生育期，是决定水稻品种栽培区域与季节适应性的重要农艺性状，对于稳定和提高水稻单位面积产量至关重要。前期研究中，我们利用水稻晚熟突变体lvp1图位克隆了组蛋白甲基转移酶基因SDG724，验证了其编码蛋白的体内、外酶学活性，并阐明了该蛋白通过影响Os MADS50 和RFT1 基因位点处染色质H3K36me2/3的甲基化水平调控水稻抽穗期，首次揭示了水稻抽穗期的表观遗传调控机制。同时，进一步对lvp1 突变体进行了EMS化学诱变，获得了6个抽穗期显著提早的回复突变体。本项目在此良好基础上，采用依托二代测序技术的MutMap基因克隆的策略，克隆了EM2和EM4两个lvp1的抽穗期回复基因，两个基因均定位于第三染色体短臂。其中em2中EM2基因的第6外显子的第一个碱基G变为内含子，导致其cDNA中第6外显子上的第一个碱基G缺失，其后所有密码子均向后移一位，其编码蛋白在第301位氨基酸提前终止；最终导致em2比lvp1早抽穗23天，e2比日本晴早抽穗15天；基因表达分析表明EM2可能通过直接或间接的方式抑制Hd3a、RFT1、Ehd1的表达，从而调控了水稻抽穗。em4突变体中EM4编码序列第626位碱基胸腺嘧啶（T）突变为胞嘧啶（C），所在密码子编码氨基酸由丝氨酸（Ser）突变为甘氨酸（Gly），最终导致em4比lvp1早抽穗28天，e4比日本晴早抽穗23天。此外，我们通过转基因遗传互补、遗传与基因表达分析，研究了突变基因的功能，探明它们与SDG724的互作关系，丰富了水稻抽穗期的表观遗传调控机制，为水稻育种提供理论支撑和基因资源。