水稻组蛋白甲基转移酶SDG714调控粒形的功能研究

摘要

[目的]粒形是影响水稻（Oryza sativa）产量和品质的关键农艺性状之一，解析其遗传机制对品种改良至关重要。旨在通过反向遗传学策略，解析水稻组蛋白甲基转移酶SDG714在水稻籽粒发育中的功能。[方法]首先利用生物信息学方法构建SDG家族的进化树，以分析SDG714与拟南芥和水稻中SDG家族蛋白的系统发育关系；然后利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在粳稻品种“笹锦”遗传背景下对SDG714进行基因编辑，并对野生型和SDG714突变体的粒长、粒宽及千粒重等关键农艺性状进行比较分析。通过转录组测序筛选SDG714调控粒形的下游靶基因，并通过RT-qPCR进行验证，最后对SDG714编码区进行单倍型分析。[结果]系统发育树分析和表达模式分析表明SDG714可能参与水稻的穗发育，SDG714突变体中H3K9me2修饰降低。调查基因编辑植株发现，SDG714突变体相较于野生型籽粒变得细长，千粒重显著降低，株高和穗数无显著变化。扫描电镜结果表明SDG714突变体籽粒变化是颖壳细胞扩增引起的。孕穗期的转录组测序结果显示，差异显著基因中有OsbZIP23、GS9和DEP3等48个参与调控粒形相关的已知基因。单倍型结果分析表明单倍型III与单倍型I相比，粒长和粒长宽比显著增加，而粒宽和千粒重显著降低。[结论]水稻甲基转移酶SDG714可能通过影响H3K9me2的甲基化修饰调控下游粒形相关基因，进而影响水稻籽粒大小和千粒重。研究结果不仅揭示了SDG714蛋白在水稻生长发育及籽粒发育过程中的关键作用，也为水稻育种提供了一个潜在改良靶点。

关键词

水稻 / 粒形 / SDG蛋白 / 组蛋白甲基转移酶