ScCCD8-1调控甘蔗独脚金内酯生物合成的分子机理研究

Strigolactones(SLs) are one kind of new plant hormones, inhibit the tillers of plant, play important roles in regulating plant growth and CCD8 is a key enzyme in the biosynthesis of SLs, which catalyzes the formation of the first active SLs precursor, lactone. Many studies shown that the regulation of tillers is achieved by inducing the expression of CCD8 gene and regulating the biosynthesis of SLs, but the details of molecular mechanism remain unknown. As the previous results, the full-length gene of ScCCD8-1 have been cloned and sequenced. We found that decapitated can induced the gene expression of ScCCD8-1. In this project, the function of ScCCD8-1 in sugarcane would be verified by gene silencing and overexpression, and analyzing the relationship between ScCCD8-1 and SLs by using Q-PCR and HPLC-MS. Further, the function of ScCCD8-1 gene and its molecular mechanism of sugarcane tillering would be analyzed by screening its interactive genes and regulatory factors with the yeast two-hybrid and yeast one-hybrid systems. This research would lay foundation for the applications of the SLs and its controlling genes for improving the tillering characteristics of sugarcane.

独脚金内酯（Strigolactones，SLs）是一类对植物分枝起抑制作用的新型植物激素，在植物的生长和发育的多个方面起重要作用。CCD8蛋白是参与SLs生物合成的一个关键酶，它催化生成第一个具有活性的SLs前体——已内酯。多项研究表明，分蘖的调控作用是通过诱导CCD8基因的表达，进而调控SLs的生物合成而实现的，但它的调控分子机理并不清楚。本项目组在前期项目资助下，已克隆获得了甘蔗ScCCD8-1基因的全长序列，并通过表达分析发现它受去顶端诱导表达。本项目拟通过ScCCD8-1基因沉默和过表达，验证它在SLs生物合成中的功能；通过液相色谱-串联质谱法结合Q-PCR技术，分析ScCCD8-1基因与SLs含量的相关性；通过筛选ScCCD8-1的互作基因和转录调控因子，分析ScCCD8-1基因在调控SLs生物合成过程中的分子机理和功能特点，为利用SLs及相关基因调控甘蔗的分蘖性状奠定基础。

CCD8蛋白是参与（Strigolactones，SLs）生物合成的一个关键酶。研究表明分蘖的调控作用是通过诱导CCD8基因的表达，进而调控SLs的生物合成而实现的，但它的调控分子机理并不清楚。本项目重点围绕ScCCD8-1基因的功能及调控互作基因开展研究。研究结果如下：在甘蔗中检测到了2种独脚金内酯的存在；完成了甘蔗CCD基因家族的全基因组鉴定，系统进化与功能分析，甘蔗割手密基因组中有5个CCD8基因，甘蔗CCD保守结构域均只含有一个RPE65相关的结构域。基因编辑株系CCD8-Cas9的株高降低和分蘖数量显著增加。通过分蘖数量和基因的表达分析实验证明甘蔗ScCCD8-1基因可能通过调控独脚金内酯的合成通路，调控甘蔗的分蘖表型。ScCCD8-1基因能响应磷缺乏胁迫，ScCCD8-1基因敲除后对磷缺乏的响应受到抑制。细胞分裂素对ScCCD8-1基因的诱导表达显著强于磷缺乏的胁迫作用。细胞分裂素和生长素的作用能诱导CCD8-Cas9株系中ScCCD8-1基因的表达，推测在细胞分裂素和生长素诱导的作用下ScCCD8-1基因可能受到其它转录调控因子的协助或调控，表现出较高的表达量。通过酵母双杂交文库的构建，筛选获得29个相关的互作基因或转录因子；通过荧光素酶分析和烟草注射法证明ERF3转录调控因子可能与ScCCD8-1基因的启动子有互作关系，推测独脚金内酯的合成通路可通过ScERF3与乙烯存在互作。后续研究将在此基础上继续深度挖掘ScCCD8-1基因其它的调控基因和转录因子，丰富甘蔗产量形成相关的分子机制的理论。