OsMADS34和OsMADS6在控制水稻花序和花器官发育中作用机制研究

OsMADS34 is a specified SEPLATA gene conserved in grasses，we previously showed that OsMADS34 regulates the morphogenesis of rice inflorescence and spikelet. OsMADS6 belongs to ancient AGL6 MADS-box genes with wide distributions in gymnosperms and angiosperms. Recently, we revealed the biological role of OsMADS6, in specifying floral organ and meristem identities in rice. In this project, we plan to construct double mutants of osmads34-1 with other mutants including lax1,fzp relative to inflorescence development in rice, and do more analysis to understand their genetic relationship with OsMADS34 in rice inflorescence formation. Additionally the down-stream genes and the interacting proteins of OsMADS34 and OsMADS6 will be individually revealed by microarray, RNA-seq, ChIP-seq and yeast two hybrid analyses. Some direct target genes of OsMADS34 or OsMADS6 will be selected for further analysis using T-DNA insertional lines and RNAi as well as expression pattern investigation. Furthermore, osmads34 is being used for additional chemical treatment to get the genetic suppressors of the mutant phenotype in inflorescence and spikelet. These suppressors are to be analyzed morphologically and used for map-based cloning and function analysis. The resulted data will be helpful for understanding the regulatory network of OsMADS34 and OsAMDS6 in rice reproductive development. This knowledge is also useful for future crop breeding and more understanding of the control of grass inflorescence and spikelet developmental during evolution.

OsMADS34是一个特化的E类型基因，保守存在于禾本科植物中，可控制花序和小穗的形态建成；OsMADS6属于一类广泛分布于裸子和被子植物中的AGL6 类型的古老基因亚家族，可决定水稻花器官特性和分生组织的特性。本项目在已有基础上，拟构建osmads34和已有花序发育相关突变体lax1,fzp等的双突变体，进行细致观察，提出OsMADS34和这些基因可能存在的遗传关系；并采用芯片、RNA-seq、ChIP-seq、酵母双杂交等鉴定OsMADS34和OsMADS6 的下游调节基因和互作蛋白；利用插入突变体、RNAi、表达谱分析等深入部分重要靶标基因的功能。 另外，通过化学诱变和遗传筛选，鉴定osmads34的表型回复子，分析这些回复突变体表型，开展基因定位和功能研究。这些可揭示OsMADS34和OsMADS6 的调控网络和机制，对于了解粮食作物水稻、玉米等生殖器官形态建成具有重要意义。

植物的生殖发育决定到植物后代的繁衍以及农业产量，因此研究植物特别是粮食作物水稻等生殖发育相关的花序和花器官形成机制等对于作物遗传改良、理解作物重要器官形成具有重要意义。本项目采用遗传学、生物化学和转录组等方法深入研究了E（SEPLATA，SEP）类型OsMADS34和AGAMOUS-LIKE6 (AGL6) 类OsMADS6两个MADS-box基因在控制水稻花序和花器官发育方面的作用机制和调控网络。.OsMADS34是一个特化的E类型LOFSEP亚组基因，保守存在于禾本科植物中，可以控制水稻花序和小穗发育，但其调控网络并不清楚。本项研究发现，OsMADS34可与LOFSEP亚组同源基因OsMADS1、OsMADS5互作，共同调控花分生组织决定性。OsMADS5广泛的在生殖时期和组织中高表达，但其单突变体无明显发育异常表型。遗传和分子生物学分析表明，OsMADS1、OsMADS5和OsMADS34通过形成同源异型蛋白复合体正向调控其它花同源异型MADS-box基因的表达来决定小穗器官的属性，osmads1 osmads5 osmad34三突变体小穗花器官转换为无限生长的叶状器官，花序建成异常。此外，OsMADS34还与FON4、LAX、ELE基因协同调控共序和不育外稃的形态建成。还证明了植物激素茉莉素可正向调控OsMADS1等基因的表达，是水稻小穗向花发育转换的重要信号因子；OsMADS1可与C类蛋白OsMADS3和OsMADS58互作，分别起到维持花分生组织活性和花分生组织有限生长的调控作用。.OsMADS6属于一类广泛分布于裸子和被子植物中的AGL6 类的古老基因亚家族，和SEP类基因序列接近。长期以来人们对AGL6类型的基因功能一直不清楚。本项研究发现OsMADS6可与OsMADS1/7/8/14/15/32等MADS-box蛋白互作，共同调控水稻小穗发育。此外，我们还发现一个受OsMADS6直接调控的下游基因TOM6， TOM6在内稃原基、心皮原基和胚珠中表达，但在osmads6突变体中基本检测不到表达。tom6突变体的小穗表现出内稃向外稃发育、浆片增多、雌蕊柱头数目增多、胚珠外露或者心皮愈合生长等异常表型。TOM6是陆地植物中特有的基因。和它的同源基因TOM6L1形成异源二聚体。这些发现揭示了水稻花序和小穗发育的信号因子和作用网络。