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水稻是世界上最主要的粮食作物之一。水稻的分蘖特性决定了水稻的有效穗数,从而直接影响水稻的产量；同时,水稻分蘖又是植物中特化的分枝,因此对水稻分蘖控制机理的研究具有重要的应用价值和理论意义。我们实验室对水稻单分蘖突变体morlocidlumn1 J(moc1)进行研究并克隆了MOC1基因,发现MOC1通过影响水稻腋生分生组织的起始和分蘖芽的伸长来控制分蘖的形成。为了更进一步深入了解MOCl调控分蘖形成的机理,我们应用酵母双杂交技术筛选与MOC1互作的蛋白质(MOC1 Interacting proteins,MIPs)。本课题主要对其中的两个蛋白质MIP1和MIP2进行了研究,为更深入了解MOC1调控水稻分蘖发生与形成的分子机理提供可能。
MIP1被预测为C3HC4锌指蛋白类的E3连接酶,对其他物种中MIP1同源基因的研究表明其介导了组蛋白H2B单泛素化。体外免疫共沉淀和双分子荧光互补技术表明MIP1在植物体外和体内与MOC1都存在相互作用。亚细胞定位研究发现,在野生型水稻原生质体细胞中MIP1主要以点状形式定位在细胞核中,而在moc1突变体原生质体细胞中MIP1以弥散形式定位在核中。当MOC1与MIP1共转化到moc1突变体细胞中时,MIP1又恢复成点状聚集的定位状态。在MIP1过量表达的转基因水稻植株中分蘖数增加,株高降低,育性下降,这些表型与MOC1过量表达的转基因植株非常相似,提示MIP1参与MOC1调控的水稻分蘖发育过程。
MIP2作为核基因编码的叶绿体定位蛋白,在几乎所有绿色植物中都存在且极为保守,参与RuBisCO的活化,在光合作用过程中起作用。通过在酵母中鉴定MIP2与MOC1的互作区域发现,MIP2蛋白N端98个氨基酸残基不影响MIP2与MOC1相互作用,而其他部分对其与MOC1的互作是必需的。体外免疫共沉淀和半体外的Pull-down实验也表明MIP2与MOC1存在相互作用。双分子荧光互补实验结果进一步证实了MIP2与MOC1在水稻体内同样存在相互作用。MIP2过量表达的转基因植物表现出分蘖角度增大、株高降低、分蘖持续产生最终造成多分蘖的表型,同时还有抽穗时间提前,种子变小,根部发育迟缓,根系不发达等特征。用RNA干扰技术降低水稻中的MIP2的表达量后,不能获得再生植株。当植物体内.MIP2表达量发生变化时,生长素信号途径相关的marker基因的表达也会发生相应变化,同时在过量表达MIP2的转基因植株中游离生长素含量降低,提示MIP2可能与MOC1一起在生长素参与的植株形态建成过程中起作用。
综上所述,本论文进一步确定了MIP1、MIP2与MOC1之间的互作,并深入地研究了MIP1与MIP2的功能。推测MOC1可能通过调控MIP1的亚细胞定位进而影响MIP1的功能,而MIP2可能与MOC1一起参与了生长素对水稻株型发育的调节。这些结果为深入研究MOC1调控的水稻分蘖发生与形成的分子机理提供了可能。