水稻谷氧还蛋白和乙二醛酶在种子贮藏中的功能及机制研究

Study on genetic characteristic and molecular mechanism of rice seed storability has become the research focus in seed science. In our previous study, rice seed proteins related to seed storability were screening by 2D-PAGE proteomics and ITRAQ quantitative proteomics technology, including DNA damage repair protein, glutaredoxin and glyoxalase.On this basis, the project will focus on elucidating the functions and the molercular mechanism of the glutaredoxin and glyoxalase gene in rice seed storability, using genetic, physiological, biochemical and cell biological methods, in order to provide gene resources for genetic engineering and molecular breeding of rice seed storability in the future.

种子耐贮藏遗传特性及其分子机理的研究目前已成为种子科学研究的热点科学问题。我们在前期的研究中，通过2D-PAGE的蛋白组学以及ITRAQ定量蛋白质学技术相结合筛选了与水稻种子耐贮藏相关的差异蛋白，包括DNA损伤修复类蛋白、谷氧还蛋白、乙二醛酶等。本项目拟用遗传、生理、生化和细胞生物学的方法主要分析阐明水稻谷氧还蛋白、乙二醛酶基因在种子贮藏过程中的功能及参与提高种子耐贮藏能力的分子机制，以期为未来水稻种子耐贮藏的基因工程和分子育种提供基因资源。

本项目用遗传、生理、生化和细胞生物学的方法来阐明水稻谷氧还蛋白OsGrxC2、乙二醛酶（OsGLO3与OsGLO8）基因在种子贮藏发育过程中的功能及分子机制。本研究首先建立了有效的水稻基因功能验证体系。在比较RNAi, TILLING, TALEN,以及CRISPR/Cas9技术的基础上，确定了CRISPR/Cas9作为基因敲减的主要技术，并获得了OsGrxC2、OsGLO3与OsGLO8的基因敲减植株。亚细胞定位分析研究表明OsGrxC2、GLO3与GLO8蛋白均定位在细胞质中。研究发现OsGrxC2在水稻种子发育过程起到重要作用，超表达OsGrxC2的植株产生胚败育甚至无胚种子，且超表达OsGrxC2的种子粒重增加。经人工老化（CDT）处理后，野生型水稻种子发芽率比过表达OsGrxC2的水稻种子（不计无胚种子）发芽率要低。另外拟南芥中NnPER1的异位表达增强了人工老化处理后的种子发芽能力，表明NnPER1可以提高转基因植物的种子寿命。.我们还研发了一批调控促进水稻种子活力保持和恢复的产品配方，并获得5个国家发明专利授权。蛋白组学分析获得引发相关蛋白，可知抗逆蛋白类、能量相关蛋白类以及蛋白质合成代谢类的绝大多数蛋白在引发处理中显著增加。