TWD1基因调控水稻发育的分子机制研究

The growth and development of plant cell control the architecture of plant organs and the important agronomic traits for crops. To further explore the molecular mechanism of genes involved in plant cell development is of especially useful for improving rice production. In this proposal, we isolated a rice mutant, named twd1, with curling leaf and root, increased leaf angle, decreased plant height and 1000-grain weight. In the mutant, cells have high skewness values, the bundle of actin filaments is reduced and the plants show hypersensitive to IAA. But how TWD1 regulate the growth of cells and the development of rice plant remained largely unknown. In this project, we will combine genetics, biochemistry and biology methods to unveil the molecular mechanism of TWD1 mediated rice architecture. The completion of this work will not only help to advance the knowledge about rice development, but also provide new gene for high yield breeding of rice.

植物细胞的生长发育决定各器官的形态建成也决定许多农作物的重要农艺性状，如叶形、株高、分蘖数、粒形等。深入研究调控水稻细胞生长发育的分子机制，是对水稻进行分子遗传改良的基础。本课题筛选到一个水稻villin蛋白突变体，命名为twd1, 表现为叶片和根扭曲，叶夹角变大，株高变矮，粒长增大，粒宽和千粒重减小。前期研究表明，TWD1突变体叶片和根细胞生长速度失衡， twd1突变体中微丝束减少，并对IAA敏感性增强，但TWD1如何调控细胞生长和多个农艺性状的分子机制仍不了解。本研究拟进一步通过遗传、生化和分子生物学技术手段揭示TWD1响应IAA及调控微丝功能的分子机理。深入解析TWD1蛋白的信号传递途径，阐明TWD1调控微丝功能和多个重要农艺性状的作用机制，将为水稻分子遗传改良奠定理论基础，并为水稻高产育种提供有应用价值的新基因资源。

植物细胞的生长发育决定各器官的形态建成也决定许多农作物的重要农艺性状，如叶形、株高、分蘖数、粒形等。深入研究调控水稻细胞生长发育的分子机制，是对水稻进行分子改良的基础。本研究中我们鉴定了一个水稻扭曲矮化（twisted and dwarf 1，twd1）突变体，各个器官都表现出扭曲表型。细胞水平分析表明，扭曲主要是由于细胞不均等生长造成的。对此基因的克隆发现，TWD1 编码一个villin-like 蛋白。Villin 蛋白是肌动蛋白结合蛋白（actin binding proteins，ABPs）的一种，它可以结合并调节微丝（包括剪切、封盖和成束微丝）。为了研究TWD1 的功能，我们对TWD1 进行了活性测定：在体内实验中，TWD1 有微丝成束和封盖活性；在体外中TWD1 具有微丝成束、剪切和封盖活性，并受到Ca2+的调节。通过进一步的研究，我们认为是生长素（auxin）的极性运输缺陷导致水稻株型扭曲表型的产生。本项目通过对水稻twd1突变体表型分析、基因克隆和作用机制研究，深入解析了TWD1蛋白的信号传递途径，阐明TWD1调控微丝功能和多个重要农艺性状的作用机制，为水稻分子遗传改良奠定理论基础，并为水稻高产育种提供有应用价值的新基因资源。