非洲栽培稻直立密穗基因DEP4的克隆及功能分析

DEP4是来自非洲栽培稻控制直立、密穗的主效基因（位点）。含有DEP4的亚洲栽培稻近等基因系具有矮杆、穗直立和穗粒数多的表型。该材料是研究水稻穗发育机制的优异资源，也是高产育种可利用的良好种质资源。我们把DEP4 基因定位在48kb的范围内，确定了一个候选基因。在此基础上，本项目拟通过互补实验、过表达分析、表达谱差异分析、结构域功能分析、互作蛋白分析等方法，研究DEP4基因的功能及其参与的调控网络，为进一步阐明水稻穗发育机制提供理论依据；对直立密穗稻种资源测序分析，筛选该基因的优异等位变异，挖掘水稻高产育种所需亲本材料。

水稻直立密穗dep1基因能够促进细胞分裂，显著增加每穗粒数和产量。但是，人们对dep1基因是如何调控穗粒数和产量的分子基础的认识有限。本研究通过QTL定位和图位克隆并获得了一个直立密穗基因DEP4，该基因编码一个转录抑制子。遗传互补实验验证了候选基因。在此基础上，通过RNA-seq比较分析了DEP4可能调控的下游基因网络；通过酵母双杂交筛选并获得了可能互作蛋白。进一步的BiFC和Co-IP实验证明了DEP4能直接与DEP1蛋白互作，表明dep1可能通过抑制DEP4功能来调控直立密穗表型。3年田间测产试验表明dep4能提高约24%的穗粒数和约10%的产量，表明该优异等位变异基因dep4在水稻高产育种中具有潜在的应用价值。本研究的最大发现是G蛋白信号途径调控水稻穗发育可能通过DEP1与核内转录抑制子DEP4直接互作，并通过调节DEP4的活性进而影响参与细胞分裂和细胞生长相关基因的表达，这为解析植物G蛋白信号途径的分子调控机制提供了新的切入点；来自非洲稻的优异等位变异基因dep4导入亚洲稻中能进一步提高水稻产量， 为高产分子设计育种提供了有重要应用价值的新基因资源。