水稻中介体亚基DIP1与转录因子DST互作调节产量形成的分子机制研究

DST as a transcriptional regulator directly induced the expression of Gn1a/OsCKX2 (Grain number 1a/Cytokinin oxidase 2). The level of OsCKX2 influenced the cytokinin content in the shoot apical meristem which finally controls the rice grain number and yield formation. In order to discover the detailed function mechanism of DST, we screened the interaction proteins of DST through yeast two hybrid assays and got one candidate protein, DIP1. Sequence alignment revealed that DIP1 is the homologue protein of one Mediator subunit. Mediator complex is an evolutionarily conserved, multi-subunit complex that serves as a bridge between gene specific transcription factors and the RNA polymerase machinery to regulate transcription. In Arabidopsis, different Mediator subunits are involved in many development and hormone signaling pathways through interacting with different transcriptional regulators. And we know nothing about the rice Mediator subunit from existing study reports. In this study, we will focus on the function of DIP1 in the rice yield formation control through ordering the rice dip1 mutant and constructing the DIP1-overexpression and RNAi transgenic plants. In the genetic level, we will detect the relationship between DST and DIP1 through the phenotype analysis of double mutant of dst/dip1. And in the molecular level, we will investigate how they work together to regulate the expression of OsCKX2 and finally control the rice yield formation.

我们研究表明DST作为转录因子，通过调节Gn1a/OsCKX2基因的表达，影响花序分生组织中的细胞分裂素含量，从而控制水稻穗粒数的形成并最终影响产量。为了进一步研究DST的功能，我们通过酵母双杂筛选得到了与DST相互作用的蛋白DIP1。序列分析表明DIP1编码一个转录中介体亚基。转录中介体起到联系基因特异的转录因子与基于RNA聚合酶II的转录机器的作用，参与转录调控过程。拟南芥中的研究表明，中介体亚基通过与不同的转录因子相互作用参与到植物生长发育及激素信号转导的各个过程中；而目前对于水稻中介体亚基的报道还是空白。本研究拟从水稻中介体亚基DIP1基因入手，通过订购突变体，构建过表达及RNAi转基因植物，研究DIP1在产量形成上的作用；通过构建双突变体的方法研究DIP1与DST在遗传学上的关系；在分子水平上，进一步揭示二者如何协同作用并对OsCKX2等基因进行表达调控，从而控制水稻产量形成。

水稻是世界上最主要的粮食作物之一，提高水稻的产量对于保证粮食安全方面具有重要的意义。水稻转录因子DST通过正向调控细胞分裂素降解相关基因Gn1a/OsCKX2的表达，影响花序分生组织中的细胞分裂素含量，从而控制水稻穗粒数的形成并最终影响产量。本研究在DST相关的工作基础上展开，利用酵母双杂交系统筛选得到一个DST的互作蛋白DIP1（DST Interacting Protein 1）。序列分析表明DIP1编码一个转录中介体亚基。转录中介体机器是一个进化保守的多亚基复合体，它起到联系基因特异的转录因子与基于RNA聚合酶II的转录机器的作用。拟南芥中的研究表明，不同的中介体亚基可以通过与不同的转录因子相互作用参与到植物生长发育及激素信号转导的各个过程中。而水稻中目前还没有关于中介体亚基具体功能的报道。.我们目前对于DIP1的主要研究结果如下：酵母双杂交实验及萤火虫荧光素酶互补实验证明DIP1与DST二者之间存在直接的相互作用；蛋白截短实验表明DIP1与DST的相互作用依赖于DIP1保守的蛋白互作ACID结构域及位于DST 碳端的EAR基序；DIP1编码一个水稻转录中介体亚基，可以互补拟南芥同源基因突变体的表型，说明二者具有功能同源性；DIP1缺失的水稻突变体dip1穗粒数明显增加，幼穗中Gn1a/OsCKX2基因的表达明显下降；转基因DIP1-RNAi基因敲除植物和DIP1-OE过表达植物表型与dip1突变体表型类似，也表现出穗粒数明显增加的表型；通过染色质免疫共沉淀实验，我们发现DIP1可以直接结合DST所结合的OsCKX2的启动子区。.这些结果表明，DIP1作为水稻转录中介体亚基起作用，通过协助DST对于下游Gn1a/OsCKX2基因的转录起始来调控细胞分裂素降解从而影响水稻产量形成。