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水稻SUPER WOMAN 3 (SPW3) 基因调控花器官发育的分子机制研究

批准号:
32100287
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
庄慧
依托单位:
学科分类:
植物生殖与发育
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
庄慧

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
水稻是我国重要的粮食作物,其产量的高低直接关系到我国粮食安全等问题,而花器官的发育直接关系到籽粒的形成,相关研究具有重要意义。然而,目前针对水稻花器官发育的研究多集中在染色质和转录水平的基因调控,人们对其发育调控的分子遗传机制的了解远没有拟南芥等双子叶植物深入。先前研究中,我们获得了一个水稻超级雌蕊化突变体,命名为 superwomen3 (spw3)。该突变体的浆片伸长,雄蕊器官同源异形转化为柱头或子房状等异位雌蕊状组织,护颖及內稃特征改变。图位克隆发现SPW3基因编码脱氧羧脯氨赖氨酸羟化酶 (DOHH),是活化真核翻译起始因子5A (eIF5A) 的关键酶。推测SPW3 可能通过转录后或翻译水平调控水稻花器官发育。目前,相关研究还鲜见报道。本项目中,我们将深入研究SPW3在水稻花器官发育调控网络中的功能,进一步增加人们对水稻花器官发育调控分子机制的认识。
英文摘要
Rice (Oryza sativa L.) is one of the most important grain crops in China. The yield of rice is directly related to the food security of our country. Development of floral organ greatly affects the formation of rice breed. So, it is of far reaching importance to carry out correlation studies. However, most studies on floral organ development in rice focus on gene regulation at the transcription level and the chromatin level which leads to the molecular mechanism of floral organ development in rice is far less understood than that in dicotyledons such as Arabidopsis. In previous study, we identified a severe pistilloid mutant named superwoman 3 (spw3). The lodicule and stamen of spw3 were homeotic transformed into glume-like tissues and ectopic pistil-like tissues, and the characteristics of sterile lemma and palea were changed. SPW3 gene encodes a deoxyhypusine hydroxylase (DOHH), which catalyzes the activation of eukaryotic translation initiation factor (eIF5A). It is speculated that SPW3 may regulate the development of floral organs at the post-transcript level or translation level. But up to now, there is no comprehensive study result to report the mechanism of eIF5A regulating the flower organ identity in rice at home and abroad. In this project, the molecular function of SPW3 gene in the regulation network of rice flower organ development is expected to be uncovered in-detail by applying various technologies or methods.
水稻是重要的粮食作物,其花器官的发育直接影响产量和形态。尽管以双子叶植物为代表的花器官发育模型为相关研究提供了理论基础,但该模型在水稻中的适用性存在一定差异。近年来,水稻花器官的研究取得了一定进展,但仍未建立完整的基因调控网络。因此,继续挖掘与水稻花器官发育相关的突变体,克隆相应基因,并深入探讨其功能和分子机制,成为当前研究的重要任务。本项目鉴定了spw3突变体,并通过表型分析、基因表达分析、转录组学及蛋白组学等手段,系统研究了SPW3基因在水稻花器官发育中的功能及其分子机制。. 研究发现,spw3突变体表现出护颖、浆片稃片化、雄蕊向心皮转变及内稃异常等典型表型。利用图位克隆和遗传互补实验,确定SPW3基因编码一种HEAT-repeat蛋白,并发现其具有转录激活活性。进一步的基因表达分析表明,SPW3在水稻各组织中组成性表达,尤其在花序中表达最为显著;蛋白定位结果显示,SPW3蛋白分布于细胞核和细胞质。. 为深入解析SPW3的分子机制,项目采用转录组学与蛋白组学手段。转录组数据揭示,在spw3突变体中,与花器官发育密切相关的关键调控基因(如OsMADS2、OsMADS4、OsMADS16)的表达显著下调,而与雌蕊发育相关的DL基因则明显上调;蛋白组分析则未检测到与小穗发育直接相关的显著差异蛋白。进一步研究SPW3基因对下游靶基因的调控作用时,qPCR和原位杂交分析结果显示,spw3突变体护颖、浆片和雄蕊中DL基因发生异位表达,而调控浆片和雄蕊发育相关的OsMADS2、OsMADS4、OsMADS16基因表达量显著下调。上述结果表明,SPW3基因可能通过激活上述基因的表达,在水稻花器官发育中发挥核心调控作用,并可能处于该调控网络的上游关键位置。. 本项目揭示了SPW3基因在水稻花器官发育中发挥着重要作用,特别是在转录调控方面。这些研究不仅深化了我们对水稻花器官发育分子机制的理解,还为利用SPW3基因进行分子育种和农艺性状改良提供了新的思路。
水稻 SUPER WOMAN 5 (SPW5) 基因调控花器官发育的分子机制解析
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    庄慧
  • 依托单位:
水稻SUPER WOMAN 3 (SPW3) 基因调控花器官发育的分子机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    30万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    庄慧
  • 依托单位:
国内基金
海外基金