一个新的水稻DELLA蛋白糖基化修饰基因OsTLC的克隆与功能研究

The DELLA family of transcription regulators are involved in gibberellin (GA) signaling pathway, environmental response, and growth-development regulation. SPINDLY (SPY) and SECRET AGENT (SEC)glycosylate the DELLAs and thereby fine-tune their growth-repressing activity. In this study, the rice thick and long culm mutant Ostlc from the mutation breeding library of a gamma-ray-induced hybrid-rice-restorer-line Luhui H103 in our lab was obtained. On the base of fine mapping, identifying candidate gene and functional complementation analysis, we will carry out the cell morphology observation, isolation and cloning of the plant architecture gene; OsTLC gene function analysis by constructing different function and expression vectors and Cas9 mutant analyzing; to conduct expression pattern analysis, protein interaction analysis and glycosylation modifier site analysis, and primarially dissect its possible gene regulatory relationship. It is of importance to clarifing rice OsTLC regulatiry mechanism involved in plant hormone regulation, the growth and development, and environmental response.

DELLA蛋白家族是一类转录调控因子，参与GA信号调控途径、环境应答和生长发育调控。SPY和SEC可以通过对DELLAs蛋白进行糖基化修饰从而调整DELLA蛋白的对植物的生长抑制活性。本申请以一个从杂交稻恢复系泸恢H103的γ诱变育种库中获得的高秆壮秆的突变体（Thick and Long Culm，Ostlc）为研究材料，在已精细定位确定候选基因（编码O-连接N-乙酰葡萄糖转移酶催化结构域的蛋白）并完成功能互补验证的基础上，拟进一步完成细胞形态观察，分离和克隆该株型控制基因；同时构建不同的功能和表达载体及与其它株型材料构建的双突变体和Cas9等位突变体，开展OsTLC的功能研究；开展基因表达模式分析、互作蛋白分析以及糖基化修饰位点分析。初步明确其可能参与的基因调控关系，对阐明水稻OsTLC参与植物激素调控、生长发育和环境应答机制具有重要意义。

水稻的理想株型是目前水稻分子育种研究中最热门的方向之一，水稻株高又是影响水稻株型最重要的农艺性状因素之一，与水稻的产量密切相关。DELLA蛋白家族是一类转录调控因子，参与GA信号调控途径、环境应答和生长发育调控。SPY和SEC可以通过对DELLAs蛋白进行糖基化修饰从而调整DELLA蛋白的对植物的生长抑制活性。本研究以杂交稻恢复系泸恢H103的γ诱变育种库中获得的高秆壮秆的突变体（Thick and Long Culm，Ostlc）为研究材料，对该突变体Ostlc进行了遗传分析、等位性检测、叶片细胞形态的细胞学观察，突变性状遗传分析，该突变基因OsTLC的图位克隆、互补验证及相关功能初步研究，主要结果如下：1.等位性检测发现Ostlc与本实验室突变体库其他类似表型突变体基因不等位，遗传分析表明该突变性状是单隐性核基因控制的质量性状；2. 通过图位克隆的方法成功克隆了该基因OsTLC。通过互补转基因验证，确定粗长秆突变表型是由此基因突变造成；3. 该基因编码一个含O-连接N-乙酰葡萄糖转移酶催化结构域的蛋白，通过对DELLA蛋白进行氧端的糖基化修饰，从而调控水稻的株高；4. 通过烟草和水稻原生质体瞬时表达结果说明该基因仅在细胞核中表达； 5. 通过酵母双杂交和互作蛋白分析试验，筛选出了互作蛋白，初步明确了该基因参与的基因调控关系。