水稻种子活力相关基因OsIPMs12的功能分析开题报告

1. 研究目的与意义

1、国内外研究情况

种子萌发是指有活力的种子在适宜的环境条件下，通过快速吸水，恢复代谢，胚根逐渐伸长，进而形成完整的幼苗过程（yang et al., 2007）。一般而言，种子萌发可以分为吸胀、萌发和幼苗建成三个阶段。研究表明：在吸胀期，种子快速吸水，代谢开始加强，生物大分子和细胞器活化修复，进入转折点；在萌发期，种子内水分保持平衡，合成大量的mrna和组织蛋白，调节ga、aba及iaa等一系列激素含量的变化（da silva et al., 2008; nakashima and yamaguchi-shinozaki, 2013），刺激细胞分裂和分化，引发胚根尖端突破种皮外伸，进而完成种子萌发；在幼苗建成期，种子再度快速吸水，胚根开始显著加快伸长，胚根、胚芽伸出种皮形成根和芽，最终发育成完整的幼苗（catusse et al. 2008）。在整个种子萌发过程中，高活力水稻品种可以促进种子快速萌发，形成整齐一致的健壮的幼苗；低活力水稻品种种子发芽缓慢，出苗参差不齐，在不良环境条件下，甚至出现幼苗烂死现象，严重影响水稻幼苗生长（wang et al. 2010）。水稻是我国重要的粮食作物之一，选育高活力水稻品种，培育出整齐一致的健壮的幼苗，保证我国水稻产量，对我国种业科技水平发展具有重要作用（wang et al. 2015）。因此，通过研究水稻种子萌发相关基因，探讨种子萌发过程机理，提高我国水稻种子活力，具有重要的应用价值及其意义。

水稻种子萌发是一个极其复杂的农艺性状，由多种种子萌发相关基因共同调控，同时还受到各种盐（ren et al. 2005; li et al. 2010; liu et al. 2013）、低温（andaya and tai. 2006; fujino et al. 2008）和干旱（kamoshita et al.2002; ding et al. 2011）等一系列非生物环境胁迫的影响。在沿海地区，盐害对我国水稻最为严重，种子萌发缓慢，难以形成健壮幼苗，常导致水稻产量显著下降（koyama et al. 2001; wang et al. 2011a）。目前，关于水稻种子萌发盐害研究已有不少报道，例如：li等（2010）蛋白组学研究发现aba可以提高水稻幼苗耐盐性，表明了aba参与了水稻萌发耐盐途径；ospip1;1是水稻根叶中最丰富的水孔蛋白之一，在水通道中具有重要作用，liu等(2013)研究表明适中表达可提高水稻耐盐性、根的渗透性和种子萌发速率，有利于提高水稻产量；同时，一个苗期耐盐主效qtl，skc1，在盐胁迫下可维持k 稳态，已被成功克隆（ren et al. 2005）。在低温胁迫下，andaya和tai（2006）利用源于温带的抗低温的粳稻品种m2022，与低温敏感型的籼稻品种ir50构建重组自交系群体，在12号染色体上检测到一个主效qtl位点，qcts12，贡献率达40%，再通过f5-f10株系扩大分离群体，将其精细定位到55kb内。另外一些基因表现一因多效功能，如qltg3-1（fujino et al. 2008），过调节组织的细胞液泡化，引起组织松弛而提高种子在低温、盐和干旱胁迫下的发芽势，促进种子萌发。对于种子萌发过程干旱胁迫，kamoshita等（2002）以茎干生物量、深根形态和根厚度为指标分别鉴定出2、12和8个相关qtls位点；ding等（2011）利用近等基因系，通过干旱和正常条件下比较，共检测到17个与干旱胁迫相关的位点。然而，水稻种子萌发机理仍不清楚，萌发过程中尚有诸多未知功能基因，有待进一步深入挖掘和研究。

2. 研究内容和预期目标

研究内容、目标、拟解决的问题

1、研究内容

（1）osipms12过表达株系、突变体株系重要农艺性状调查；

3. 研究的方法与步骤

研究方法、技术路线、实验方案、可行性分析

1、研究方法

（1）种子耐盐萌发鉴定 选取已筛选或鉴定的突变体和转基因株系种子，每份30或50粒，均匀放置9cm的培养皿中，加入10ml 水后放入中转箱，盖上保鲜膜，置于30℃恒温光照培养箱（黑/白 12h）进行7d发芽试验，每天统计发芽数，计算发芽率（gr）和发芽指数（gi）等，重复3次。

4. 参考文献

特色创新之处

本项目利用CRISPR-cas9技术构建了OsIPMS12基因的点突变突变体，初步探明在种子萌发过程及非生物写迫条件下的该基因的功能，这将为阐明种子萌发机理及耐逆性研究提供基础。

5. 计划与进度安排

研究计划及预期进展

研究计划

(1) 2022.9-2022.12