水稻LOPA基因的图位克隆与功能分析

株型是影响水稻产量的最重要因素之一，而株高、分蘖夹角以及叶夹角是育种过程中最关注的三个植株形态性状，因此开展株高、分蘖夹角以及叶夹角突变体的研究，对于水稻超高产育种具有深远的理论和实践意义。本实验室在水稻中发现一种株型松散的突变体loose plant architecture（lopa），其主要特征是叶夹角和分蘖夹角增大，植株变矮，茎秆变粗，而其它性状未发生明显的变化。我们已通过图位克隆方法分离了该基因，生物信息学分析表明该基因编码一个水稻特有的转录因子。在此基础上，本项目拟利用遗传学、分子生物学以及生物化学等方法研究LOPA的互作蛋白以及受其调控的下游基因，探索其可能的调控途径，最终解析LOPA基因在水稻株型形成中的调控机理，探索LOPA基因在水稻遗传改良中的应用前景。

株型是水稻产量的重要决定因素之一，而分蘖角和叶夹角是株型的重要组成部分。我们在水稻品种中籼3037中发现了一个松散株型突变体，利用图位克隆的方法分离了控制水稻松散株型的基因Loose Plant Architecture 1 (LOPA1)。LOPA1通过调节分蘖节和叶枕内侧的生长，从而影响分蘖角和叶夹角的大小。LOPA1还特异影响水稻地上部的向重性反应。但是LOPA1并不影响水稻胚芽鞘的向重性弯曲，而可能参与胚芽鞘对重力信号的感受和转导。在lopa1突变体中，胚芽鞘薄壁细胞的淀粉粒沿重力方向的沉降速度变慢，表明LOPA1可能通过影响能感受重力的淀粉粒沉降，进而影响胚芽鞘对重力的感受。LOPA1编码一个含植物特有的INDETERMINATE结构域的锌指蛋白。BLASTP分析表明，LOPA1属于IDD蛋白家族中一个新的由28个成员组成的亚家族。这些蛋白共享一些特异的结构域和基序，暗示它们可能具有某种新的生物学功能。LOPA1是一个细胞核定位的蛋白，应用双荧光素酶报告基因检测系统检测了LOPA1的转录活性，证明LOPA1是一个转录抑制因子，其大部分转录抑制活性由位于其C末端的类EAR基序EL1提供。LOPA1的转录抑制机制不同于大多数类EAR转录抑制因子，并且其本身可能具有识别特异DNA序列的能力，表明LOPA1可能是一个复杂的转录与蛋白互作调控网络的组分。相关研究结果将有助于深入了解水稻向重性反应的分子机制，也为理想株型塑造提供一个有应用前景的新基因资源。