水稻谷蛋白由内质网向高尔基体运输调控因子研究

蛋白质胞内运输调控机制是生物学的一个基本问题，已成为当代生物学的热点研究领域之一。蛋白从内质网向高尔基体运输是蛋白质胞内运输的第一步，是由许多因子参与的调控过程。Sar1是一种小G蛋白，在货物蛋白由ER向高尔基体运输过程中起到分子开关作用。目前对Sar1功能研究方面多限于哺乳动物、酵母和少数高等植物的单细胞系中，对其在种子储藏蛋白胞内运输的功能上尚未见报道。水稻中有至少4个Sar1类似基因，然而这些基因的功能尚不清楚。本研究从水稻谷蛋白由内织网向高尔基体运输的关键调控因子Sar1入手，克隆这些Sar1基因并对其功能进行详尽研究，以期逐步揭示水稻谷蛋白胞内转运、修饰和储藏的遗传调控机制，对高等生物的蛋白胞内运输调控提出新的见解，具有重大的理论意义。同时对于改变种子中外源蛋白储藏部位，提高种子中外源蛋白表达和积累水平以及利用种子系统做生物反应器，培育保健功能性作物新品种等研究具有重要应用价值。

蛋白从内质网向高尔基体运输是蛋白质胞内运输的第一步，是由许多因子参与的调控过程。Sar1是一种小G蛋白，在负责货物蛋白由ER向高尔基体运输的COP II复合体形成过程中起到分子开关作用。为研究Sar1对水稻种子储藏谷蛋白胞内运输的功能，本研究从水稻中克隆了4个编码Sar1的基因，分别命名为OsSar1a, -b, -c, -d。这4个基因均具组成型表达特性，其蛋白均位于内质网转运位点。胚乳特异性过量或抑制单个Sar1基因表达的转基因种子中，储藏蛋白并未发生明显变化，但是同时降低种子中Sar1a, b, c的表达导致谷蛋白前体显著增加，谷蛋白成熟酸性和碱性亚基量减少。说明水稻Sar1基因功能冗余，相互间功能互补。OsSar1abc RNAi胚乳细胞中除观察到正常蛋白体（PB）I和PBII外，还出现圆形、高电子密度的新型蛋白体，命名为dPB。dPB虽和PBI一样均呈圆形，但dPB电子密度高，而PBI电子密度低；同时dPB和PBII一样均含有谷蛋白，但dPB与PBII不同，其外围有明显的核糖体颗粒分布，表明该蛋白体形成于内质网。上述结果显示，在OsSar1abc RNAi胚乳细胞中，由于Sar1的表达被抑制，形成的COPII运输泡减少，导致谷蛋白无法溢出而滞留于内质网，形成新的高电子密度的内质网型蛋白体dPB。本研究表明水稻Sar1在谷蛋白胞内运输过程中起重要作用；谷蛋白由内质网向高尔基体运输是COPII运输小泡介导的。研究结果为今后进一步研究水稻谷蛋白胞内转运调控因子及调控机制奠定了基础。.课题研究按计划顺利完成，达到了预期研究目标。