水稻营养生长与花器官发育多效基因DDF1的克隆与功能分析

合理调节作物的营养生长与生殖发育在生产上具有重要意义。我们发现了一个植株显著矮化、叶片细小、花器官呈现典型"B"类特征基因功能缺失的水稻新突变体ddf1，推断DDF1基因是调节植株形态建成与花器官发育的重要多效基因。在已完成精细定位并初步确定侯选基因的基础上，本项目拟开展如下研究：①克隆DDF1基因，用互补试验验证其功能，并用原位杂交和GUS染色法明确其表达特征；②用Q-PCR方法分析DDF1基因与水稻花器官特征基因之间的关系，明确该基因如何调控花器官发育；③利用细胞学和SEM明确该基因是通过影响细胞生长或细胞分裂或两者调控了器官发育，以及基因突变是影响花器官identity还是花器官发育；④测定突变体与野生型的内源激素水平以及外施激素后突变体表型的变化，明确DDF1是否参与调节植株内源激素水平；⑤用转基因方法抑制和增强DDF1的表达量，初步探索其在水稻改良中的应用方法和应用前景。

最近的研究表明，真核生物中的F-box蛋白由一个大家族组成，它们在调节植物不同的发育过程中发挥十分关键的作用。然而，它们在单子叶植物中的功能仍然不清楚。在本项目中，我们在水稻中鉴定了一个植株矮小且花器官明显发育异常的突变体ddf1-1 (dwarf and deformed flower 1-1)。该突变体的营养生长与生殖发育均明显异常，除了小穗外它的所有器官均明显变小。DDF1主要是通过同时调节细胞的分化和细胞的生长来控制器官的大小。在ddf1-1的小穗中，其第2和第3轮器官的发育发生了明显改变，大多数的浆片和雄蕊分别转化为稃片状和雌蕊状的器官，但第1轮的内/外稃和第4轮的雌蕊的发育基本不受影响。DDF1几乎在所有的营养组织和生殖器官中表达，编码一个F-box蛋白，该蛋白被定位在核内。DDF1正向调节B类基因OsMADS4/16的表达，负向调节雌蕊特发育异基因DL的表达，这与ddf1-1小穗的表型基本一致。此外，DDF1还负向调节水稻中拟南芥LFY的同源基因APO2的表达，表明DDF1 和 APO2之间在功能上存在联系。总之，这些研究结果揭示，作为一个新鉴定的F-box基因，DDF1是一个同时调节水稻营养生长和生殖发育而具有多效性的关键遗传因子。这些发现为单子叶植物的营养生长和生殖发育的分子调控机制提供了新的见解。 .目前，我们已经完成了原计划的全部研究内容，完全达到了预期目的。已在“Plant J.”、“遗传”和“中国科技论文在线”上发表论文3篇，获得授权专利1项，培养博士研究生1名、硕士研究生2名。