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qGL3-OsGSK3-OsFCA通路调控水稻籽粒大小和开花时间的分子机制研究

批准号:
32071918
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
黄骥
依托单位:
学科分类:
作物生理学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄骥

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
油菜素甾醇(BR)对于水稻籽粒大小等多种农艺性状具有重要的调控作用,但其调控机制和关键基因仍有待于深入研究和挖掘。本实验室前期克隆了水稻粒长QTL位点qGL3,该位点编码一个蛋白磷酸酶,通过去磷酸化蛋白激酶OsGSK3负调控水稻BR信号和粒长。通过磷酸化蛋白质组学技术,我们发现拟南芥开花调控蛋白FCA的水稻同源蛋白OsFCA的磷酸化水平在qGL3缺失突变体和NIL-qgl3近等基因系中显著上调。OsFCA不能与qGL3互作,但可以与OsGSK3互作,并被OsGSK3磷酸化。osfca突变体的植株变矮、籽粒变小,对BR处理钝感;敲除OsFCA能够显著抑制OsGSK3缺失突变体的BR增强表型,表明OsFCA可能作用于OsGSK3的下游并正调控BR信号。本项目将在已有研究基础上揭示一个新的qGL3-OsGSK3-OsFCA信号通路,并解析BR如何通过该通路调控水稻籽粒大小和开花时间。
英文摘要
Brassinosteroids (BRs) play critical roles in the regulations of multiple rice agronomic traits including plant height, tiller number, grain size, etc. However, the mechanism and gene network of BR signaling are still largely unknown. We previously cloned qGL3, a major QTL for grain length in rice. qGL3 encodes a protein phosphatase which dephosphorylates protein kinase OsGSK3 to negatively regulate BR signaling and grain length. We further found that the phosphorylation level of OsFCA, an orthologue of Arabidopsis FLOWERING CONTROL LOCUS A(FCA) in rice, was significantly increased in qGL3-knocking out mutant and NIL-qgl3. OsFCA cannot physically interact with qGL3, but it interacts with and is phosphorylated by OsGSK3. Compared with wild-type, the osfca mutant reduced plant height, grain size, the tiller number and the sensitivity to exogenous treatment of BL. Knocking-out OsFCA significantly suppressed the BR-enhanced phenotypes observed in OsGSK3 knocking-out mutant, suggesting that OsFCA functions downstream of OsGSK3 to positively regulate BR signaling. This project aims to clarify a novel qGL3-OsGSK3-OsFCA pathway and decipher how BR signaling modulates grain size and flowering time through this pathway.
水稻籽粒大小和开花时间是决定水稻产量、外观品质和适应性的关键农艺性状,本研究前期发现水稻粒长基因qGL3负调控水稻籽粒大小和油菜素甾醇信号。本研究采用磷酸化蛋白质组学方法,鉴定出由qGL3介导的磷酸化水平改变的开花时间控制蛋白OsFCA。研究发现OsFCA正向调控水稻株高、叶夹角、粒长,并影响分蘖数。OsFCA突变体对外源BL敏感性显著降低。水稻BR合成基因CPD1、OsD2和OsD11在osfca和cr-osfca植株中转录水平升高,而OsDWARF4的转录则被抑制。osfca和cr-osfca中OsBZR1的转录水平升高,表明OsFCA同时影响BR合成基因和信号转导基因的表达,且可能不通过调控OsBZR1参与BR信号响应。本研究证实OsFCA与OsGSK3存在互作,并可被OsGSK3磷酸化。OsFCA磷酸化状态的改变不影响其转录激活活性和亚细胞定位。OsFCA与OsGSK3协同调控水稻粒长,cr-osfca/osgsk3-1/2株高较野生型和cr-osgsk3-1/2显著降低,cr-osfca/osgsk3-1/2粒长显著短于cr-osgsk3-1/2且显著长于ZH11和cr-osfca-1/2/3,表明OsFCA与OsGSK3位于同一粒长调控通路,并且OsGSK3对水稻粒长的调控作用部分依赖于OsFCA。与先前研究不同,本研究发现OsFCA突变体呈晚花表型。OsFCA通过抑制Ghd7并且激活Ehd1、Hd3a和RFT1的表达,促进水稻在长日照条件下抽穗,推测该过程受OsGSK3和qGL3的影响。对检测到的OsFCA两个磷酸化位点同时进行突变,将S43和S45用丙氨酸替换后模拟去磷酸化状态,用天冬氨酸替换后模拟磷酸化状态。观察磷酸化位点突变是否会影响OsFCA与OsGSK3和OsSK12-5的互作发现,非磷酸化OsFCA与OsGSK3和OsSK12-5发生互作,并且互作仍发生在细胞核中;而磷酸化状态OsFCA与OsGSK3和OsSK12-5的互作同时发生在细胞核和细胞质中。此外,OsFCA能够与OsSUF4、OsRRMh、OsARF12、OsCDKF;3、OsMORF1和OsMORF8发生互作。综上,通过本项目的研究,我们揭示了qGL3-OsGSK3-OsFCA通路调控水稻粒长和开花的分子机制,同时也为进一步深入研究OsFCA的作用机制奠定了基础。
GL12.1/OsXLG1调控水稻粒长的分子机制研究
  • 批准号:
    32470337
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    黄骥
  • 依托单位:
具有转录激活活性的E3泛素连接酶OsSRFP1调控水稻耐冷性的分子机理研究
  • 批准号:
    31571627
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    黄骥
  • 依托单位:
E3泛素连接酶ZFIP1与锌指蛋白ZFP182的互作在水稻抗逆反应中的作用
  • 批准号:
    31071069
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    黄骥
  • 依托单位:
水稻锌指蛋白ZFP182对OsDREBs基因的调控及其抗逆机理研究
  • 批准号:
    30971556
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    32.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    黄骥
  • 依托单位:
国内基金
海外基金