水稻线粒体定位基因OsB12D1在种子萌发中的功能及作用机理研究

种子萌发伴随着线粒体的生物合成和呼吸速率的快速增加，线粒体对种子萌发的调控至关重要，但相关的分子机制还不甚明晰。前期通过水稻种子萌发的蛋白质组学研究，我们分离到的一个功能未知、序列保守、具有 B12D类似结构域的功能基因OsB12D1。初步研究表明：OsB12D1是一个编码产物定位于线粒体的与种子萌发相关的核基因。为揭示该基因影响种子萌发的分子机理，本项目拟利用GUS 报告基因系统和mRNA原位杂交分析OsB12D1基因组织表达特征；通过基因超表达和RNAi干扰技术，揭示OsB12D1基因对线粒体形态及功能的影响并进而影响种子萌发的机理。进一步利用DNA亲和磁珠法分离基因转录因子，蛋白Pull-down和BiFC技术研究蛋白互作，探索OsB12D1基因从转录到执行功能的作用机制。本项目的研究成果将提高我们对线粒体在种子萌发过程中功能的理解，并为打破种子休眠、提高种子活力等提供理论依据。

B12D是一个功能未知的蛋白，在大麦中其特异于胚和胚乳中表达。在本室前期的蛋白质组学研究中，曾鉴定到一个B12D蛋白LOC_Os7g41350，本研究中命名为 OsB12D1. 聚类分析显示OsB12D1在苔藓等低等生物和高等生物中均有保守的同源基因存在。在水稻的6个B12D基因中，OsB12D1是一个主要的转录本并在萌发的种子和根中高度表达。生物信息学分析表明OsB12D1是一个耐受厌氧和淹水的相关基因，定量RT-PCR显示OsB12D1在淹水条件下萌发时能被显著诱导。OsB12D1过表达种子能在8cm 水下萌发生根，显示出高度的淹水耐受性。这种淹水耐受性受乙烯合成抑制影响而不依赖于赤霉素。瞬时表达分析和免疫印迹检测分析显示OsB12D1主要定位于线粒体。淹水条件下OsB12D1过表达突变体中的铁氧结合蛋白Hb2的表达量显著增加，这意味着OsB12D1可能有助于提高线粒体中的铁与氧的利用效率并促进氧化电子链的传递。本研究结果显示淹水耐受基因OsB12D1具有一定的实用价值，特别是在大田直播中有利于提高水稻种子早期萌发和幼苗的生长。