水稻中介体亚基OsMED25调控籽粒脂肪酸生物合成的机理研究

The transcriptional regulation of fatty acid biosynthesis in seeds is very crucial for nutritional quality and tasty improvement. As we know, mediators serve as a bridge between gene-specific transcription factors and the RNA polymerase machinery to regulate transcription. We found that knock-down of mediator subunit OsMED25, compared with that in wild type, results in increased total fatty acid, altered unsaturated fatty acid(oleic acid and linoleic acid) percentage and induced expression of the key enzymes in fatty acid synthesis (such as OsFAD3). This project is aiming to screen the OsMED25-combined TFs which are involved in the biosynthesis of fatty acid. Then, we will confirm the function on fatty acid synthesis of the TF candidates by genetic transformation. What’s more, we would clarify the mechanism of OsMED25 interacts with TFs to regulate fatty acid synthesis through electrophoretic mobility shift assay (EMSA) and Chromatin precipitation (ChIP) experiments. This project intents to provide the molecular basis for fine regulating fatty acid biosynthesis to create high nutritional quality and tasty rice strains.

阐明水稻籽粒脂肪酸生物合成的转录调控机制，对于稻米营养品质和食味改良具有重要指导意义。中介体亚基通过与转录因子相互作用来调控植物生长发育过程。申请人前期研究表明，水稻中介体亚基OsMED25基因沉默株系籽粒中的总脂肪含量显著提高、不饱和脂肪酸油酸和亚麻酸组分比例改变、脂肪酸生物合成关键酶（如OsFAD3）表达增高，推测OsMED25负向调控水稻脂肪酸的生物合成。本课题拟（1）通过酵母双杂交、双分子荧光互补等技术筛选和鉴定与OsMED25互作的结合蛋白；（2）从中筛选与脂肪酸合成相关的转录因子，并进行转基因功能验证；（3）利用凝胶迁移实验（EMSA）和染色质免疫沉淀（ChIP）等技术，解析OsMED25和互作转录因子与脂肪酸合成酶基因启动子区在蛋白-DNA水平上的互作特点。本课题拟通过揭示OsMED25协同转录因子调控下游脂肪酸合成相关靶基因的分子机制，为改良稻米营养品质和食味提供分子基础。

脂肪酸生物合成是稻米营养品质和风味品质的重要性状。在拟南芥中，WRINKLED1（WRI1）是激活种子中脂肪酸生物合成的核心转录因子，但对于水稻脂肪酸途径的转录调控知之甚少。在本课题中，我们揭示了中介体亚基OsMED25种子发育后期整合胁迫信号，通过调节水稻OsWRI1两个剪接转录参与脂肪酸生物合成的全新分子机制。按照课题计划，首先阐明了OsWRI1负向调控脂肪酸生物合成以及脂肪酸合成相关酶的表达。染色质免疫沉淀分析显示OsMED25与OsWRI1基因的内含子有富集。我们的研究表明，OsWRI1的突变导致了种子中脂肪酸含量的降低，特别是油酸。进一步的研究发现，OsWRI1存在新型可变剪切形式，可在不同组织产生两个不同长度OsWRI1-α和OsWRI1-β，它们具有360bp的内含子差异，这正是OsMED25存在富集的区域。其中，OsWRI1-α在种子发育过程的表达模式和脂肪酸含量正相关，而保留有“内含子终止码”的OsWRI1-β在种子成熟前很少表达。进一步的遗传分析也证实了OsWRI1-α对脂肪酸生物合成的正向作用，而OsWRI1-β没有活性。另外，我们发现，OsWRI1在种子油脂积累过程中的选择性剪接需要OsMED25的正常表达。而茉莉酸胁迫信号，可诱导OsMED25的表达，从而降低OsWRI1-α的含量，减少脂肪酸的合成。本项目提出了OsMED25整合发育和逆境信号调节脂肪酸生物合成中的分子模型，同时揭示了抗病和品质形成之间的能量平衡机制和关键分子开关，在理论和作物改良上体现重大意义。