B-box锌指蛋白OsBBX22b调控水稻株高的机理研究

Plant height plays an important role in high-yield breeding in rice. We identified one B-box zinc finger protein, OsBBX22b, during analyzing the mechanism by which phytochromes regulate agronomic traits in rice (Oryza sativa L cv. Nipponbare). The preliminary study suggested that OsBBX22b is involved in regulating plant height in rice. However, the mechanism by which OsBBX22b regulates plant height remains elusive. Moreover, to our knowledge, there has been no related report about the involvement of B-box (BBX) protein in regulating plant height in rice so far.. In this project, we will explore the mechanism by which OsBBX22b regulates plant height in rice using reversed genetics combined with cytological, physiological and biochemical methods. The followed research contents will be performed in this project: (1) To analyze the phenotypes related to plant height in both gain-of-function and loss-of-function transgenic rice; (2) To identify the temporal and spatial expression patterns of OsBBX22b gene; (3) To identify the phytohormone pathway by which OsBBX22b regulates plant height; (4) To identify the downstream genes regulated by OsBBX22b using the methods of gene profile analysis and chromatin immunoprecipitation, and to explain the molecular mechanism by which OsBBX22b regulates plant height in rice based on the identified genes. Based on this project, we will provide new information to comprehensively dissect the biological process controlling the plant height as well as the related physiological and molecular mechanisms.

株高是水稻高产育种的重要性状之一。在分析光敏色素调控水稻农艺性状建成的机制过程中，我们鉴定到一个B-box （BBX）锌指蛋白OsBBX22b。初步研究结果表明该蛋白能调控水稻株高，但是其调控机制尚不清楚，且迄今为止尚未有BBX蛋白调控水稻株高的相关报道。. 本项目拟利用反向遗传学并结合生理、生化和细胞学方法分析OsBBX22b调控水稻株高的分子机理。主要进行以下3个方面的研究：（1）分析OsBBX22b功能获得型和功能缺失型转基因水稻的株高相关表型；（2）鉴定OsBBX22b基因的时空表达模式；（3）筛选OsBBX22b调控株高涉及到的激素途径；（4）通过基因芯片、染色体免疫共沉淀分析OsBBX22b调控的下游基因，解释OsBBX22b调控水稻株高建成的分子机理。本项目研究结果将为全面解析水稻株高建成的生物学过程，以及调节株高建成的生理和分子机制提供新的信息。

根据Huang等（2012）年发表的文章中的命名规则，本研究所关注的OsBBX22b 更名为OsBBX14。B-box蛋白是一类包含有一个或两个B-box 结构域的锌指蛋白，这类蛋白在拟南芥生长发育过程中起到重要的调节作用。然而迄今为止关于水稻中BBX蛋白功能的报道还非常少。在本研究中，我们鉴定到一个仅含有两个B-box结构域的水稻BBX蛋白OsBBX14，该蛋白属于B-box蛋白第IV亚家族。. OsBBX14基因在phyB突变体中表达上调，在叶片特别是剑叶中高量表达。在光周期条件下以及随后的连续光照条件下，OsBBX14在转录水平上表现出明显的昼夜节律性，该基因转录本在黄昏后开始积累，在黎明时转录水平达到最高值，随后开始迅速下降。进一步研究显示，在转录水平上，OsBBX14被不同波长的光抑制，而在蛋白水平上，光照能提高OsBBX14的蛋白水平。OsBBX14蛋白定位于细胞核中，而且至少在酵母中具有转录激活活性，其N端B-box结构域对于该蛋白的上述功能至关重要。. 过表达OsBBX14基因使得水稻对蓝光超敏感，从而降低白光和蓝光条件下水稻的株高，而细胞变短是导致OsBBX14过表达水稻株高降低的主要原因。OsBBX14蛋白可以直接结合到OsHY5和ExpanA4基因启动子的G-box元件上，相应的OsHY5的转录水平在OsBBX14过表达株系中上调，而ExpanA4的表达水平显著下调。此外，OsBBX14转基因株系还表现出增强的干旱胁迫耐性以及白叶枯病抗性。为了全面解析OsBBX14蛋白的调节形态建成和胁迫反应的机制，进行了转录组测序以及染色体免疫共沉淀结合测序分析，。在获得的差异表达基因中，光形态建成以及植物-病原体互作相关基因的表达水平显著上调，而细胞壁建成相关基因的表达水平显著下调。综上所述，在光照条件下，特别是蓝光条件下，OsBBX14通过直接或者间接的调节光形态建成以及生物非生物胁迫响应相关基因的表达水平促进水稻的光形态建成以及生物非生物胁迫响应。