控制水稻分蘖发育基因 PROG1 调控网络的研究

Rice tiller is an important factor which affecting the yield largely. Previous research indicated that PROG1, a gene relating to tiller development encodes a C2H2-type zinc-finger transcription factor. This result implied that PROG1 might affect rice tillering by regulating its down-stream genes. In this research plan, genomic approaches such as Microarray and ChIP-seq are going to be applied to study rice tillering gene network controlled by PROG1. By comparing the transcriptome among different lines of rice from different developing stages, a subset of differentially expressed genes can be defined. These genes might be regulated by PROG1. Meanwhile, ChIP-seq experiment is going to be performed with the transgenic line in order to identify the globe binding site of PROG1. By combining the Microarray data and ChIP-seq data, we could identify a group of High Confidence Targets of PROG1, which are differentially expressing among different lines, with at least one PROG1 binding site.This research plan will make us known more about the rice tillering gene network and provide a high possibility to identify new genes related to tiller development. More than that, it may shine a light on the molecular biological mechanism of rice tiller development.

水稻分蘖是影响水稻产量的重要因素，此前的研究证明水稻分蘖相关的重要基因 PROG1 是编码一个 C2H2 型锌指结构的转录因子，推测其有可能通过调控下游基因的表达，进而影响水稻分蘖的形成。本项目拟结合基因芯片技术和染色体免疫共沉淀测序技术来研究 PROG1 的调控网络。通过Microarray实验比较不同水稻株系在不同发育时期的转录组,分离差异表达的基因。并对 PROG1 转基因株系进行 ChIP-seq 实验,鉴定出 PROG1 在染色体上的结合位点。结合芯片数据和测序数据,鉴定出在芯片中表达有变化,且有 PROG1 结合位点的基因,它们很可能就是被 PROG1 直接调控的下游基因。通过本研究,可以明确 PROG1 和已知分糵关基因的关系,发现更多参与分蘖过程的未知基因，从而进一步的阐明分蘖形成的分子生物学机理。

水稻(Oryza sativa)是目前全世界最重要的粮食作物之一,全世界接近一半的人 口以稻米作为主食。因此水稻产量的提高解决粮食问题至关重要。影响水稻产量的因素有很多,其中分蘖是其中重要的因素,分蘖数目,分蘖角度都直接或间接的影响水稻的产量。. PROG1(PROSTRATE GROWTH1)是控制分蘖数目和分蘖角度的重要基因，它编码含C2H2锌指结构转录因子。此前我们从对海南野生稻和普通栽培稻(籼稻品种:特青)的替换系研究中成功克隆到该基因,并对其功能进行了阐述, 表明PROG1对水稻分蘖的形成起到关键的作用。.尽管PROG1已被成功克隆,但是其作为转录因子,控制分蘖发育的调控网络并未阐明。本项目通过基因组的手段（ChIP-seq， Microarray等）及分子生物学的手段来研究PROG1的调控网络，进一步的揭示水稻分蘖即株型形成的调控机制，为水稻优质高产品种的培养提供理论依据。. 我们通过基因组学的方法鉴定到两个PROG1的高置信度靶标（high confidence target） LAZY1 和OsGI。这两个基因即被PROG1结合，表达也受PROG1调控。进一步的，我们发现，LAZY1和PROG1拮抗：PROG1与LAZY1能形成蛋白复合物，结合到PROG1启动子区相同的地方，抑制PROG1的表达；同时PROG1能结合到LAZY1的启动子区，抑制LAZY1的表达。PROG1和LAZY1一样，也是通过调控生长素侧向分布来调控水稻株型。高表达PROG1总是伴随着低表达LAZY1而导致匍匐多蘖表型，相反的，低表达PROG1总是伴随着高表达LAZY1而导致直立少蘖表型。另外，OsGI是PROG1下游的基因，它是生物钟相关基因，敲除OsGI可以抵消高表达PROG1的影响。因此，PROG1可能通过影响激素分布和调节生物钟来影响株型。