AP2家族转录因子OsRPH1调控水稻株型的功能研究

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水稻株型改良一直是高产育种的主要选择方向之一。株型是农艺性状的综合表现,主要包括株高、分蘖、叶形和穗部特征等。深入了解株型的分子调控机制有助于培育水稻高产新品种。APETALA2/乙烯反应因子(AP2/ERF)在植物界广泛存在,在植物生长发育的转录调控以及防御反应中起着至关重要的作用。本研究分离了一个未被报道过的AP2转录因子基因OsRPH1,利用生物信息学、分子生物学、生物化学等方法,开展了OsRPH1的分子功能与生物学功能研究。通过OsRPH1的过表达转基因水稻的创制及表型鉴定、赤霉素含量分析,赤霉素代谢相关基因的表达量分析,互作蛋白筛选与鉴定等分析,解析了其在水稻株型调控中的分子生物学功能与分子机制,旨在为水稻株型改良提供理论依据。水稻转录因子OsRPH1属于AP2/ERF转录因子家族的Iva组,含有一个典型的AP2/ERF功能域和一个核定位信号(NLS)。OsRPH1的CDS全长为822个核苷酸,编码273个氨基酸,分子量为29.71 KD。OsRPH1在水稻中呈现组成型表达模式,在穗、根和种子中的表达量较高,但是在茎、幼穗和剑叶中的表达量较低。亚细胞定位和酵母自激活分析结果表明,OsPRH1为细胞核蛋白,是转录激活因子。在幼苗期,OsRPH1过表达株系的苗高显著低于野生型(Kitaake);在成熟期,OsRPH1过表达株系的株高、根重、穗长、粒长、茎节长度等均显著低于野生型(Kitaake)。通过高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)分析了赤霉素(GA)含量,结果表明:OsRPH1过表达株系中的GA1,GA3和GA4,三种活性GA的含量显著低于野生型。外施100μM浓度的GA3后,OsRPH1过表达株系植株的第二茎节长度完全恢复到野生型水平。通过QRT-PCR方法分析了赤霉素代谢相关基因的表达量,结果表明:OsRPH1过表达植株中GA 20-氧化酶基因OsGA20ox1?OsGA20ox4及GA 3-氧化酶基因OsGA3ox1和OsGA3ox2的表达量显著低于野生型,而三个GA 2-氧化酶基因OsGA2ox7,OsGA2ox9和OsGA2ox10的表达量显著高于野生型,说明OsRPH1能够调控GA代谢相关基因的表达。通过酵母双杂技术,从水稻cDNA文库筛选到6个OsPRH1的互作候选蛋白。通过酵母双杂交和双分子荧光互补(BIFC)试验,验证了依赖于蓝光条件下的OsPRH1与蓝光受体OsCRY1b互作。蓝光条件下的幼苗表型鉴定结果表明,OsRPH1过表达株系植株的第二茎节长度显著小于野生型,说明OsRPH1对蓝光敏感。综上所述,新的AP2/ERF转录因子OsRPH1,通过调控GA生物合成和GA失活相关基因的表达,减少水稻中的活性GA含量,进而调控水稻株高。另外,OsPRH1与蓝光受体OsCRY1b互作,然而它们之间的互作对水稻株高的调控作用有待于进一步研究。
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