水稻矮化短粒基因DSG1的克隆及功能分析

Plant height and grain shape are the most important agricultural traits in rice. The basic research of plant height and grain development is considered as a important way to enhance the rice yield. A rice mutant with a stable inheritance, affecting the development of plant height and grain shape, was identified from EMS-treated Jinhui10. This mutant showed dwarf and short grain, and was termed as dwarf and short grain 1 (dsg1). dsg1 was controlled by one recessive gene and mapped in a 70Kb region on chromosome 3. By sequencing analysis, we selected the candidate gene which encoding a U-box domain. So far, no reported U-box domain coding gene was invovling in the development of plant height and grain in rice. In this study, we will validate the candidate gene, then study the expression and regulation mode of DSG1 through expression analysis, overexpression analysis, promoter analysis, subcellular localization, phenotype analysis, cytological and hormone pathway analysis.

株高和粒形是水稻最重要的农艺性状，其调控机理的研究一直被认为是将来提高水稻产量的重要手段。我们在EMS突变体库中筛选到了一个稳定遗传的突变体，该突变体同时影响株高和粒形的发育，其株高显著降低、籽粒明显变短，因此将其命名为水稻矮化短粒突变体dwarf and short grain 1（dsg1）。遗传分析确定dsg1突变性状是受一对隐性核基因控制。DSG1被定位在第3染色体70Kb范围内，该区间没有与dsg1表型类似的突变体报道。通过测序获得一个编码U-box结构域的候选基因，目前已克隆的U-box编码基因均不参与水稻株高和粒型调控，该候选基因可能是新的功能基因。在本研究中，我们将验证候选基因，并通过表达模式分析、亚细胞定位、超表达分析、细胞学分析以及激素实验等分析DSG1控制水稻株高及粒型的相关机理，为进一步开展基因互作等研究奠定基础。

植物器官的发育由外部和内部因素的复杂系统控制。在这个系统中，植物激素发挥着关键作用。植物激素也在选择性去除短时调节蛋白中起到关键作用，这使得植物能快速适应其环境并定向生长和发育。泛素26S蛋白酶体系统（UPS）被认为是植物适应生长的关键系统。最近，泛素26S蛋白酶体系统的研究确认了UPS在激素生物学中发挥着关键作用。.在本研究中，我们鉴定了一个水稻矮化短粒基因DSG1，其编码U-box E3泛素连接酶的功能。dsg1突变体中，根、节间、穗长和籽粒长度均短于野生型。此外，dsg1突变体的叶片更宽及卷曲。亚细胞定位确定DSG1蛋白定位于核和细胞质的。qRT-PCR和ProDSG1::GUS表明DSG1的表达没有组织特异性，其在根、茎、叶、叶鞘和小穗中均有表达。DSG1的RNAi和超表达植株与野生型并无明显的表型差异。相比于野生型，dsg1突变体对油菜素内酯反应不敏感，并且DSG1表达受到油菜素类内酯、乙烯、生长素和水杨酸的负调控。.本项目的主要结论：1、DSG1参与BR反应，同时也参与了多种激素途径；2、DSG1参与细胞分裂和细胞伸长，同时DSG1也参与了叶片横向发育调控。.E3泛素连接酶编码基因DSG1的研究，对于我们了解水稻株高和粒长调控途径有重要帮助。DSG1出现也构成了E3泛素连接酶参与激素生物学的重要证据，对于帮助我们了解UPS和激素的关系有一定作用。