水稻OsSAP5基因调控种子灌浆成熟期高温耐性的分子机制
批准号:
32072127
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
关亚静
依托单位:
学科分类:
作物育种学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
关亚静
中文摘要
灌浆期热害是影响水稻种子生产的主要气象灾害之一。本项目前期研究发现,亚精胺Spd可调控OsSAP5参与水稻种子灌浆期的高温耐性,ossap5突变体水稻种子的耐热能力显著下降。但OsSAP5是否具有E3泛素连接酶活性,并通过介导其互作蛋白的泛素化降解,诱导热激转录因子的表达,提高水稻种子成熟期的耐热性,还是存在其他调控机制尚不清楚。因此,本项目拟利用水稻ossap5突变体及过表达OsSAP5转基因株系,分析灌浆期高温逆境下,该基因对种子发育的调控及种子质量的影响;鉴定OsSAP5的E3泛素连接酶活性,采用CoIP-MS技术寻找OsSAP5的互作蛋白,利用生化与分子技术验证蛋白互作,并构建真实互作蛋白的突变体,分析其作用功能;进一步结合转录组分析,探讨OsSAP5参与水稻种子高温胁迫应答的调控网络,研究结果将为阐明水稻种子高温响应机理及高活力水稻种子生产和选育耐热水稻品种提供理论与技术支撑。
英文摘要
High temperature stress is one of the main meteorological disasters affecting rice seed-production. In our previous study, OsSAP5 regulated by spermidine was found to be involved in the high temperature tolerance of rice seed during grain-filling stage. The significant lower heat-resistance was observed in the rice mutant of OsSAP5. However, it is unclear whether OsSAP5 has the activity of E3 ubiquitin ligase, and induces the expressions of heat shock transcription factors by mediating ubiquitination degradation of the proteins it interacts with to improve the heat resistance of rice seeds, or whether there are other regulatory mechanisms. In this study, the rice ossap5 mutants generated by CRISPR/Cas9 approach and over-expression transgenic lines of OsSAP5 will be used to further clarify the regulation of OsSAP5 on seed development and seed quality under high temperature stress during the grain-filling stage. The E3 ubiquitin ligase activity of OsSAP5 will be identified. Meanwhile, the interaction proteins of OsSAP5 will be screened through the CoIP-MS technology, and these candidate proteins will be verified through the biochemical and molecular approaches. The functions of the above confirmed proteins will be further validated using their constructed mutants in rice. Finally, the potential molecular mechanism of OsSAP5 involving in the regulation of rice response to high temperature stress will be discussed with the transcriptome analysis. The results will provide theoretical basis and technical support for elucidating the response mechanism of rice seed to high temperature stress during seed maturation, producing rice seeds with high vigor and breeding heat-resistant rice varieties.
高温热害是影响水稻种子生产的主要气象灾害之一。本项目前期研究发现,亚精胺Spd可调控OsSAP5参与水稻种子灌浆期的高温抗性,但OsSAP5调控水稻耐热性的机制尚不清楚。因此,本项目以水稻Ossap5突变体及过表达OsSAP5转基因株系为材料,鉴定发现Ossap5突变体在水稻苗期和萌发期均具有高温敏感表型,灌浆期高温处理后Ossap5突变体种子发育成熟受到的抑制程度也显著加深,表明OsSAP5在水稻不同生育期高温胁迫响应中起重要作用,是高温胁迫响应的正调节因子。通过相关生理生化指标测定分析推测OsSAP5可能通过正调控可溶性糖含量的积累,增强抗氧化物酶活,提高ROS清除能力和提高ABA含量等途径提高水稻耐热性。同时,项目研究了OsSAP5在种子灌浆成熟期及不同组织中的表达特征,发现OsSAP5在种子灌浆期、种子吸胀萌动期和小穗中表达量较高,在开花受精10 d后的种子中表达量最高,萌发过程中OsSAP5主要在胚乳中表达,GUS材料的染色结果与定量表达结果一致。此外,研究表明体外纯化His-OsSAP5蛋白具有E3泛素连接酶活性,通过酵母双杂筛库筛选并验证了与OsSAP5的A20结构域存在互作的蛋白分子OsS27a-1、OsS27a-2和OsUb2,其均可编码泛素分子。进一步通过Co-IP技术结合MS质谱鉴定到OsSAP5的互作蛋白OsGF14c,由于Ossap5突变体也表现出短日照延迟抽穗的表型,因此本研究中对OsGF14c与OsSAP5互作调控水稻抽穗期进行了初步探讨,以期揭示水稻抗逆基因在水稻抽穗期上的调控机制。最后,通过比较种子灌浆成熟期常温和高温处理后的转录组差异,综合分析了高温胁迫下受OsSAP5调控的关键基因及调控通路。综上,该项目研究深入分析了OsSAP5调控水稻高温胁迫抗性的分子机制,为高活力水稻种子生产和选育耐热水稻品种提供理论与技术支撑。
Spd调控OsSAP5参与杂交水稻种子灌浆期耐热性建成的分子机制
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批准号:LY21C130006
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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:2020
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负责人:关亚静
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依托单位:
膜联蛋白基因ZmANN33/35在玉米种胚萌发中的功能研究
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批准号:31201279
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2012
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负责人:关亚静
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依托单位:
国内基金
海外基金