水稻生物钟基因OsLUX参与光周期开花调控的分子机制研究
批准号:
32071996
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
吴玮勋
依托单位:
学科分类:
作物种质资源学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴玮勋
中文摘要
生物钟是植物的中央处理器,几乎参与调控植物所有的生长发育、应激反应及物质代谢过程,其中又以调控光周期开花研究的最深入。拟南芥夜间复合体EC(LUX-ELF3-ELF4)在调控生物钟输出途径的开花过程中起重要作用。lux、elf3和elf4突变体表现为早花,说明EC复合体抑制开花。申请人通过对粳稻日本晴进行EMS诱变获得了一个极端晚花材料,通过Mut-map技术发现拟南芥生物钟基因LUX的水稻同源基因OsLUX极有可能是目的基因,随后通过转基因全长互补、过表达和CRISPR基因敲除实验验证了其功能。由此,水稻中可能存在类似于拟南芥的EC复合体(OsLUX-OsELF3-OsELF4)调控开花。本项目拟利用qRT-PCR结合遗传实验探索OsLUX在水稻光周期开花调控中的位置,研究EC复合体存在的可能性,筛选OsLUX的互作蛋白及调控的下游靶基因,最终阐明OsLUX促进水稻光周期开花的分子机制。
英文摘要
The biological clock is the central processing unit of plants, which is involved in almost all the processes of growth and development, stress response and material metabolism. Among them, the most in-depth study is to regulate photoperiodic flowering. The Arabidopsis evening complex EC (LUX-ELF3-ELF4) plays an important role in regulating the flowering process of the clock output pathway. The mutant of lux, elf3 and elf4 showed early flowering, indicating that EC complex inhibited flowering. The applicant obtained an extreme late flowering material by EMS mutagenesis of japonica rice Nipponbare. It was found that the rice homologous gene OsLUX of Arabidopsis biological clock gene LUX was most likely the target gene by Mut-map technology, and then its function was verified by full-length complementation and CRISPR experiment. Therefore, there may be an EC complex (OsLUX-OsELF3-OsELF4) in rice like Arabidopsis to regulate flowering. In this project, qRT-PCR combined with genetic experiment is proposed to explore the position of OsLUX in rice photoperiodic flowering regulation, study the possibility of EC complex, screen the interaction protein of OsLUX and its downstream target gene, and finally clarify the molecular mechanism of OsLUX promoting rice photoperiodic flowering.
植物内源生物钟通过协调生理活动与外界环境变化,对作物生长发育至关重要,而水稻抽穗期作为产量形成的关键阶段,其调控机制与生物钟及光周期通路密切相关。本研究以极端晚抽穗突变体elh1为切入点,通过Mutmap方法鉴定到拟南芥LUX同源基因OsLUX的功能缺失是其表型成因,其中elh1因OsLUX第376位点C→T突变导致翻译提前终止,在长/短日照下抽穗分别延迟34.4天和36.9天,并通过遗传互补、过表达及CRISPR敲除实验证实OsLUX缺失直接导致晚抽穗。进一步分析OsLUX的时空表达模式发现,其在次新叶中表达量最高,呈现典型昼夜节律(ZT12达峰值),且持续光照或黑暗条件下节律振幅显著改变,而过表达植株中OsLUX内源表达下调提示其存在自我反馈调节。为解析OsLUX调控网络,通过酵母双杂交、双萤光互补(BiFC)及Pull-down实验,首次揭示OsLUX招募OsELF3-1和OsELF4s形成三聚复合体(OsEC),其中OsELF3-1作为桥梁连接OsLUX与OsELF4s,且OsELF4s通过增强核定位稳定复合体功能;遗传分析表明,OsEC任一成员缺失(如oslux-1、oself3-1、oself4-2)均导致抽穗延迟,而oslux-1 oself3-1 oself4-1三突变体、oslux-1 oself3-1双突变体以及elh1/oslux-1单突变体均表现出相似的晚抽穗表型,证实三者协同调控。深入机制研究发现,OsLUX通过直接结合Hd1和Ghd7启动子的LBS元件抑制其转录,且OsEC三聚体对两者的抑制效应显著强于OsLUX单体的作用,同时双突变体(oslux-3 hd1、oslux-1 ghd7)的抽穗期部分恢复至野生型水平,遗传定位OsLUX位于Hd1/Ghd7上游。此外,光受体PHYB与OsLUX的遗传互作分析显示,phyb突变体中OsLUX表达上调,且oslux-1 phyb双突变体表型介于phyb与elh1之间,表明OsLUX整合光信号与生物钟通路。综合上述结果,本研究系统阐明了OsEC复合体通过靶向抑制Hd1和Ghd7调控水稻抽穗期的分子机制,揭示了生物钟与光周期耦合的新模式,为水稻生育期精准改良提供了关键理论依据。
水稻晚熟高产基因Lhd6 抑制光周期开花的分
子机理研究
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批准号:Z24C130020
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2024
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负责人:吴玮勋
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依托单位:
水稻开花抑制基因OsCOL15的功能和分子机理研究
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批准号:31871604
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2018
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负责人:吴玮勋
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依托单位:
水稻转录因子OsCOL5调控光周期开花的分子机制研究
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批准号:31501290
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2015
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负责人:吴玮勋
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依托单位:
国内基金
海外基金