水稻多分蘖基因HTD2的功能分析和代谢途径研究

探索水稻分蘖发育的分子调控机理有助于促进水稻新株型育种的进程，而利用突变体克隆和研究分蘖基因是揭示水稻分蘖机理的重要途径。项目组发现一个水稻多分蘖矮化突变体（命名为htd2），通过图位克隆、RNA干涉和功能互补申请者已完成对HTD2基因的克隆和功能验证。本研究拟在前期研究的基础上通过Real-Time PCR、GUS染色和RNA原位杂交技术全面分析目的基因的表达模式，利用GFP技术跟踪蛋白在细胞中的特异分布，同时结合分蘖相关基因的表达谱、生长素和细胞分裂素的含量分析、植物激素GR24对htd2突变表型的影响以及双突变体研究，揭示HTD2基因的作用方式和参与的代谢途径。HTD2基因的功能和代谢途径研究将有助于探索控制水稻分蘖的分子机理，从而最大限度的发挥分蘖性状在水稻超高产育种中的作用。

项目组在本实验室构建的水稻T-DNA插入突变体库中发现一个单基因控制的水稻多分蘖矮化突变体（命名为htd2）。形态观察显示htd2突变体的每个叶腋只长一个腋芽，说明突变体在腋芽分生组织的形成阶段是正常的，因此多分蘖表型是由腋芽生长失控引起的，这一特点与已报道的水稻突变体 d3、d10、htd1和tb1一致。htd2 /htd1双突变体植株和htd1、htd2单突变体的表型相似，而htd2 /d3双突变体的表型和d3突变体相似，因此HTD2基因可能和水稻HTD1基因及D3基因处于同一代谢途径中。.利用1268个突变体单株和17个新设计的InDels引物最终将突变基因定位于第三染色体短臂端约12.8kb的区间内。TIGR和RiceGAAS功能预测显示目标区域只有一个水解酶基因，测序发现T-DNA插入造成该基因的启动子和第一外显子之间共有463bp的序列缺失。为了进一步验证该基因的功能，我们构建了该基因的RNA干涉载体，通过转化野生型水稻获得了与htd2突变体表型相似的T0代转基因植株。亚细胞定位显示HTD2蛋白主要定位在细胞膜和核内，HTD2在根、茎、叶和花等各个组织器官均有表达，其中在叶中表达量最高。RealTime PCR显示HTD2基因的功能缺失导致分蘖相关基因D3、 D10和HTD1表达明显上升。生长素、细胞分裂素和GR24处理实验显示生长素和细胞分裂素对水稻分蘖相关基因的表达影响不明显，而GR24的施加则显著抑制了HTD2、D10 、D3、D27和HTD1的表达。目前的实验显示HTD2基因极有可能和D3、D10、HTD1等基因一起参与独脚金内酯的代谢调控途径。