拟南芥雌蕊退化突变体apa及其突变基因调控雌蕊退化的分子机制

Gynoecium development of angiosperms plays essential roles for plant reproduction, especially for yield and quality of crops. The developmental process of gynoecium is controlled by tremendously complicated gene regulation networks, even partial genes involved in gynoecium development has been already identified, yet knowledge on gynoecium development process is only the tip of the iceberg. This project is to use the screened Arabidopsis pistil abortion mutant apa as the entry point, the abortion period and abortion mechanism would be primarily clarified, then expression patterns and molecular functions of mutated gene At2G01720 (ribophorin I) would be studied to reveal its biological functions in Arabidopsis gynoecium development, and regulation relationships of this gene with the well-studied gynoecium development related genes and plant phytohormones would be explored, and a model of molecular mechanism of Arabidopsis gynoecium development for this gene would be eventually proposed, finally bioinformatics method would be employed to discuss the evolutionary patterns of ribophorin I genes among species. Research results in this project could provide theoretical basis in clarifying plant gynoecium development regulation mechanisms, and meanwhile provide the practical basis for breeding efforts application with female sterility.

被子植物雌蕊的发育对植物的繁衍，尤其是对农作物的产量和品质都有决定性的影响。雌蕊发育的进程受极其复杂的基因网络调控，虽然目前已经鉴定出了部分参与雌蕊发育的基因，但是对于雌蕊发育进程的认识依然只是冰山一角。本项目拟以筛选到的拟南芥雌蕊退化突变体apa为材料，首先明确该突变体雌蕊退化的发生时期和发生原因，然后通过对突变基因At2G01720（I类核糖体结合蛋白基因，ribophorin I）表达模式和功能方面的研究揭示该基因在拟南芥雌蕊发育过程中的生物学功能，并探究该基因与雌蕊发育相关基因以及植物激素之间的调控关系，最终提出该基因参与拟南芥雌蕊发育调控分子机制的模型，最后利用生物信息学方法探讨ribophorin I这类基因在物种中的进化模式。研究结果将为阐明植物雌蕊发育调控的分子机制提供理论基础，同时也为雌性不育在育种工作中的研究应用提供实践基础。

被子植物雌蕊的发育对植物的繁衍，尤其是对农作物的产量和品质都有决定性的影响。本项目以筛选到的拟南芥雌蕊退化突变体apa为材料，首先对其进行了表型鉴定，然后通过TAIL-PCR和基因组重测序技术对T-DNA插入位点进行了筛选与鉴定，最后进一步解析了目标基因AT2G01720调控拟南芥雌蕊发育的分子机制。研究结果表明，apa突变体为单基因显性突变，由至少两个T-DNA反向串联重复插入在AT2G01720基因（I类核糖体结合蛋白基因）的最后一个内含子和外显子交界处，导致产生了两种新的转录本：①最后一个内含子正常剪切，但最后一个外显子上发生了70bp的缺失；②最后一个内含子不能正常剪切，连同内含子后的T-DNA序列同时进行了转录。进一步对蛋白保守结构域的分析表明，最后一个外显子70bp的缺失造成其编码的氨基酸序列发生了改变，导致Ribophorin I结构域不完整，同时C端的跨膜结构域丢失，蛋白保守结构域的改变最终影响了AT2G01720的生物学功能，导致基因功能缺失突变体出现雌蕊退化的表型。本研究发现了I类核糖体结合蛋白基因参与植物雌蕊发育的新的基因调控途径，为阐明植物雌蕊发育调控的分子机制提供了新的思路，同时也为雌性不育在育种工作中的研究应用提供了理论基础。