水稻成蛋白基因（OsFH1）与环境因子共同调控根毛生长的分子机理研究

Plants have developed a series of mechanisms to deal with environmental changes. Plant root hairs play important roles in water and nutrient absorption from the environment. In our previous study, under hydroponic condition, we obtained an interesting Osfh1 mutant which exhibited environment-dependent short-root hair phenotype. When grown on the surface of medium, normal root hairs of Osfh1 were observed, which implies that rice root hair growth is co-regulated by genetic and environmental factors. Therefore, in this study, we are going to find out which environmental factor and which environment responding signaling pathway is involved in the regulation. Furthermore, by employing omics and CO-IP-MS approaches, we are going to find out key players and OsFH1 interacting proteins in this co-regulation network. Based on above data, we are going to conclude the Mechanism of the co- regulation of rice root hair growth by OsFH1 and environment factors. Our finding will contribute to further understand the root hair regulation network of rice which remains unclear and provide support to practical applications such as improving water and fertilizer absorption efficiency of crops and bioremediation of contaminated soil.

植物要通过自身的一系列反应机制来应对变化的环境。在与外界的交流中，植物的根毛在吸收水分和营养等方面发挥着重要作用。我们之前的研究发现了一个Osfh1突变体在水培条件下表现出短根毛表型，但令人意外的是该突变体的表型在固体培养基的表面生长时消失。这种表型的变化暗示着水稻的根毛发育是受到环境因子和遗传因子共同调控的结果。在该项目中，我们将首先找出具体是哪种环境因子和信号通路与OsFH1共同调控水稻的根毛发育，再利用各种组学及免疫共沉淀-质谱的研究手段，找出环境因子-OsFH1这个调控网络中的关键基因及与OsFH1直接互作的蛋白。最终，我们将根据以上的数据阐明环境因子和OsFH1共同调控水稻根毛发育的分子机理。我们的研究成果将进一步完善关于水稻根毛发育的研究，同时为农业生产中增强作物水肥的利用及改善生态环境等应用提供理论基础。

我们之前的研究发现OsFH1在水稻根毛的发育过程中起着关键作用，且该作用依赖于植物的生长环境。但对于OsFH1与环境共同决定水稻根毛发育的分子机制仍然未知。.本研究的主要结果如下：1)在水培条件下，与根毛发育相关的IAA等激素无法恢复Osfh1突变体根毛发育缺陷表型，但盐胁迫（NaCl）、氧化胁迫（H2O2）、重金属胁迫（Cadmium）等可以部分恢复突变体的根毛缺陷表型。2）本研究通过转录组、蛋白组共筛选出19个差异表达的细胞骨架相关基因以及蛋白，包括涉及肌动蛋白聚合的Arp2/3，微管调控蛋白、肌动蛋白以及肌动蛋白解聚相关蛋白等以及27个差异表达的涉及活性氧、环境胁迫的转录因子，表明细胞骨架调控蛋白以及转录因子可能在环境因素介导Osfh1突变体表型变化中发挥着重要的作用。多组学联合分析结果表明，环境因素介导Osfh1突变体表型变化过程可能通过活性氧、糖类、IAA、玉米素（Zeatin, ZT）、黄酮类以及Cd响应信号通路进行。黄酮类的Ononin可部分恢复Osfh1突变体的根毛表型。3）多组学联合分析结果及qRT-PCR结果表明，OsROP2和OsROP6在不同培养条件下的野生型、Osfh1突变体中表达趋势存在差异。因此OsROP2和OsROP6可能参与OsFH1与环境因子共同调控的水稻根毛发育信号通路。但酵母双杂分析结果表明OsROP2和OsROP6与OsFH1不存在直接互作。4）酵母bni1突变体功能互补实验结果显示OsFH1可恢复bni1突变体的热敏感表型，表明OsFH1具有成蛋白的活性。此外，我们还分别构建了可能参与OsFH1依赖环境因子调控水稻根毛发育的OsROP2、OsROP6和OsFH17等基因的突变体，但发现根毛发育缺陷表型。.本研究进一步完善了水稻根毛发育机制的了解，阐明了OsFH1通过活性氧和以Ononino 介导的环境信号通路调控根毛发育的分子机理。