PIP6调控水稻粒长分子机制的初步研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

水稻是世界三大粮食作物之一，提高水稻产量对于现代农业生产尤为重要。水稻的单株产量由每株有效穗数、每穗粒数和粒重三个因素共同决定。其中水稻的粒重是由籽粒大小和灌浆程度决定的，而籽粒的大小又和籽粒的长、宽、厚密切相关。水稻粒长不仅关系到水稻的产量也决定了水稻的外观品质，因此水稻粒长的发育研究具有重要意义。激素，比如油菜素内酯（brassinosteroids，brs），对于植物株型发育过程具有重要影响，水稻br相关突变体如d61、d2、brd1和dlt会呈现一个矮小和叶片直立的表型^[1~3]。这表明通过调控br的生物合成或信号转导来修饰水稻的农艺性状对于提高水稻产量是一个可行的方法。

油菜素内酯激素是一类重要的甾醇类植物激素。最具生物活性的油菜素内酯（brassinolide，bl）首次从芸苔属植物的花粉中分离并提取出来^[4]。作为一组促生长激素，它们在促进细胞扩张和分裂、调节衰老、雄性生殖、果实成熟和调节植物对各种环境信号的反应等方面发挥着关键作用^[5,6]。近年来在拟南芥、水稻和其他作物中，对油菜素内酯激素对籽粒发育的影响的研究越来越多^[7]。水稻突变体dwarf 11（d11）表现出典型的br缺失型表型，表现为矮化，叶片直立和短圆粒。d11编码一种细胞色素p450（cyp724b1）参与了br的合成途径。拟南芥br缺失型突变体deetiolated2（det2）表现出籽粒变小，并且br也和一系列调控籽粒发育的基因密切相关^[8]。在水稻br信号通路中，br受体基因osbri1突变体和gsk2的过量表达转基因植株的籽粒表现出短圆粒。bu1编码一种转录因子，在osbri1下游正向调控br信号途径，将bu1过量表达后籽粒增大^[9~13]。大部分与br相关的调控籽粒发育的基因都是通过br信号通路影响细胞分裂和细胞伸长进而正向调节籽粒发育，但是，dlt编码gras家族转录因子正向调控br和ga信号通路，在籽粒发育中起到负向调节的作用^[11]。

1.拟南芥体内的br信号转导途径

2. 研究的基本内容和问题

研究的目标：

进一步完善水稻br信号转导途径，为水稻分子育种提供相关参考。

研究内容：

3. 研究的方法与方案

研究方法：

（1）外源bl激素处理野生型和突变体，分析pip6突变体对外源bl激素的响应

实验材料选取dj、pip6突变体种子，进行胚芽鞘表型观察：将催芽三天萌动状态的种子转至1 μm bl及同量dmso的1/2 ms培养基中，同时作为对照也播种在同量dmso的1/2 ms培养基中，黑暗避光处理三天左右，统计胚芽鞘长度并拍照。

4. 研究创新点

发现一个与qGL3互作的新基因PIP6，并且该基因响应BR信号，其T-DNA插入突变体粒形显著增大。此研究为完整BR信号通路开辟了一条新途径，为水稻分子育种提供理论参考。

5. 研究计划与进展

2018年8月30日-2018年9月30日：

构建载体ad-pip6，进行酵母双杂交实验，验证pip6与qgl3的相互作用关系。

2018年10月1日-2018年11月1日：