水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一,养活全球近60%的人口。近年来随着环境问题加剧、耕地面积减少,提高谷物产量已成为水稻生产的一个重大挑战。籽粒形状不仅决定粒重、影响水稻产量,而且影响稻米的品质和市场价值。随着现代分子生物学的发展以及水稻基因组测序的完成,越来越多的粒型调控基因在水稻中被克隆。然而,由于研究者对关键调控基因的分子机理知之甚少,加之实际育种过程中存在不良性状连锁等问题,已克隆的粒型调控基因的利用率并不高。因此,继续克隆调控粒型的关键基因,解析粒型调控的分子机理,对于培育高产、优质水稻新品种具有重要意义。本研究通过同源克隆的方式克隆了水稻粒型基因GW5L,它是粒宽主效QTL GW5的同源基因,编码一个膜定位的IQ蛋白。GW5L可以与GSK2蛋白激酶互作,并且通过抑制其磷酸化正向调控BR信号,从而影响籽粒形状;另外,GW5L还可以参与钙调素蛋白OsCaM1-1介导的抗盐反应。本研究对GW5L基因的结构与功能等做了研究与分析,主要结论如下。1.采用同源克隆方式,以GW5编码的蛋白序列为参照在水稻基因组中克隆了GW5L基因。由于所编码蛋白结构高度一致,推测GW5L和GW5有相似的生物学功能。转基因实验发现,GW5L过表达植株表现出典型的BR过量表型,包括植株变矮、叶夹角变大、籽粒变细长等;GW5L敲除家系出现籽粒变宽变短的表型。因此,GW5L是一个粒宽的负调控因子。2.BR是重要的植物激素,在水稻中发挥着重要功能。叶夹角BR敏感性实验证明,GW5L过表达家系的表型是由于BR信号的增强引起的。GW5L过表达转基因植株的qRT-PCR分析显示,D2、D11、Dwarf4等具有反馈调节效应的BR合成基因在GW5L过表达转基因植株中的表达有所下降。因此,推断GW5L通过BR信号途径影响粒型形成。3.为验证GW5L是否与GW5的互作蛋白GSK2互作,进行了酵母双杂、双分子荧光互补(BiFC)以及体外Pull-down实验,结果证实GW5L与GSK2确实存在互作关系。体外磷酸化实验进一步证明GW5L可以抑制GSK2自身磷酸化及磷酸化下游BZR1转录因子,并确定了GW5L在BR信号网络中的位置。GW5L通过抑制下游蛋白激酶GSK2的功能来调控BR信号传递,最终影响籽粒大小。4.酵母双杂交和BiFC实验均证实GW5L与钙调素蛋白OsCaM1-1互作,而OsCam1-1参与ABA介导的盐胁迫抗性,据此推测GW5L与水稻抗盐性相关。盐胁迫处理实验显示,GW5L过表达家系对盐胁迫更加敏感。qRT-PCR结果显示GW5L过表达家系盐敏感度的提高是由于OsCam1-1的表达量下降引起。GW5L与OsCam1-1介导的盐胁迫抗性有关,为揭示IQ蛋白与盐胁迫的关系提供了线索。5.GW5L与GW5具有相似的蛋白结构和生化功能,但基因表达模式存在差异。与GW5在穗部高表达相比,GW5L在被检测的各器官中表达水平均较高。这暗示着二者很可能在不同的组织中调控不同代谢途径。