水稻色氨酸生物合成相关基因Yd1的图位克隆及分子机制研究

生长素对水稻株型的形成和维持发挥着关键作用，而色氨酸合成又是生长素正常合成的重要环节。水稻黄矮1号（yd1号）是一个色氨酸合成受阻的天然突变体。通过图位克隆的方法，我们获得了一个色氨酸生物合成途径中的关键酶Yd1的候选基因。本研究旨在通过遗传转化，确证该基因在色氨酸生物合成中的功能；在遗传学、细胞学、分子生物及生物化学等水平上揭示Yd1调节色氨酸生物合成的分子机制及其对水稻株高和叶色等重要农艺性状的调控作用；在水稻等单子叶作物中建立Yd1蛋白酶介导的色氨酸生物合成模型；同时将探究Yd1介导的色氨酸合成是否影响水稻对白叶枯、稻瘟病等重大病害的抗性，并解析相关分子机制。通过对该项目的成功实施，将在国内和国际权威杂志上发表论文3-5篇，申请专利1-2项。培养博士研究生2-3名，硕士研究生1-2名。

光合作用和激素对植物生长发育起着重要的调控作用，直接影响水稻等农作物的产量。我们通过对一份自然黄化突变体yd1 (yellow dwarfed mutant 1)从农艺性状、生理特征以及分子遗传等进行了系统深入研究，发现在该突变体生育期推迟、株高显著变矮、穗长变短、千粒重减小以及结实率降低；突变体yd1中叶绿素含量以及激素GA与IAA含量比野生型显著降低。遗传分析表明突变体yd1黄矮性状由单个核基因控制，并呈隐性遗传。利用定位克隆策略，我们成功分离获得Yd1候选基因编码马达驱动蛋白（Os09g02650），进一步分析发现在突变体Yd1中该基因因一个单碱基变异（G→T）导致其编码蛋白的精氨酸(Arg327)变为亮氨酸(Leu)，且该变异位点位于马达驱动蛋白的马达结构域。结合先前所报道的基因Os09g02650 编码BC12/GDD1，通过调控激素GA和IAA以及细胞壁的合成影响水稻生长发育。我们的研究表明黄矮突变体yd1是由于BC12/GDD1/YD1马达驱动蛋白马达结构域的功能发生变化，一方面影响了GA以及IAA的生物合成从而导致水稻植株矮化；另一方面可能影响叶绿素的合成导致水稻叶片黄化。并且，突变体yd1中精氨酸(Arg327)-亮氨酸(Leu)的变异对水稻细胞壁的生物合成也有一定的影响，表明该蛋白中精氨酸(Arg327)是该蛋白参与叶绿素和激素GA与IAA以及细胞壁生物合成的必需氨基酸位点。我们这一研究为分解该蛋白对水稻等植物的叶绿素、GA及IAA合成和细胞壁生物合成的功能奠定了重要基础；另外，由于尚未报道过马达驱动蛋白对植物叶绿素合成的调控，我们的研究也为马达驱动蛋白参与植物叶绿素合成和光合作用提供了重要遗传学和分子生物学证据。