水稻是严格自花授粉作物。水稻颖花开放是由浆片吸水膨胀启动的,浆片膨胀时向外推挤内稃和外稃,从而撑开内稃和外稃之间的钩合使得颖壳张开,同时花丝伸长、花药伸出颖壳并开裂,花粉散落,柱头也伸出颖壳以便授粉。水稻开颖是极其复杂且受许多基因精确调控的过程,并且容易受环境因素的影响,比如光、温度等。水稻颖花的适时开放和闭合对于水稻的产量,杂交水稻制种至关重要。前人的研究表明茉莉酸、可溶性糖、无机离子运动、二氧化碳积累等生理生化过程参与了水稻开颖过程,然而这些过程背后的分子机制及调控机制的研究却几乎空白。究其原因主要是缺乏合适的闭颖突变体。水稻花期特异表达转录因子OsbZIPX,其T-DNA插入突变体bzipx表现为闭颖自花授粉,但是其生长结实并未受显著影响,该突变体是研究水稻闭颖的分子机制的绝好的遗传材料和基因资源。本研究利用反向遗传学等方法获得了该基因的一系列转基因材料。利用这些材料,采用现代分子生物学及遗传学的方法展开了系统的研究,探寻OsbZIPX介导的水稻开闭颖的分子机制。本研究主要取得了下面一系列的结果:1.bzipx植株表现为闭颖自花授粉。OsbZIPX是课题组早期收集的穗期高温响应转录因子之一。T-DNA插入突变体bzipx植株相比野生型更加紧凑,叶片直立,且表现为闭花授粉。形态观察发现bzipx虽然闭颖,但是开花的其它过程,包括花丝伸长、花药开裂等均不受影响,因而可以通过花丝状态来判断突变体颖花开花的‘花时’。统计‘花时’结果表明bzipx日开花时间较野生型迟2小时;浆片形态观察表明与野生型开颖时膨胀后的浆片相比,突变体到达‘花时’时的浆片体积较小、鲜重较轻、表皮细胞膨胀程度较弱。石蜡切片结果进一步验证了该观察结果,bzipx的浆片在‘花时’相比野生型瘦小,野生型的颖花浆片在开颖时经过充分膨胀,浆片外缘有较多组织嵌合入内外稃之间,从而撑开勾合,颖花开放;而突变体浆片虽然也有一定程度的膨胀,但是仅仅只有少量的浆片外缘嵌合入勾合不足以撑开内外稃,导致闭颖。2.OsbZIPX偏好在颖花中表达,是一个转录激活子。组织荧光定量PCR显示OsbZIPX在颖花中,特别是0-2cm的花序中表达最高。由OsbZIPX启动子(0-4kbps)驱动的OsbZIPX与GUS的融合蛋白组织染色显示融合蛋白在花药、浆片中大量表达。酵母转录实验结果显示,OsbZIPX具有转录激活功能;亚细胞定位结果显示OsbZIPX蛋白主要定位在细胞核内。暗示该转录因子是一个转录激活子。3.OsbZIPX过表达植株的叶夹角增大,OsbZIPX的表达可能与油菜素内酯(Brassinosteroids,BR)相关。OsbZIPX过表达植株表现为叶夹角增大、种子变大等BR相关表型,与bzipx突变体表现出的叶型紧凑、叶片直立正好对应。我们利用qRT-PCR检测水稻中BR合成基因的表达,结果表明过表达植株中OsCPD基因上调。石蜡切片显示过表达植株的浆片细胞较野生型有所增大,均一性更好,表明OsbZIPX可能参与BR途径调控水稻生长发育。4.OsbZIPX促进开颖过程中JAZs基因的表达。茉莉酸能促进水稻开颖。通过qRT-PCR分析野生型、bzipx、bZIPX过表达植株在开花前与开花时颖花中JAZs基因的表达水平,结果显示:与野生型相比,突变体中多个JAZs基因的表达减弱,而过表达植株中JAZs基因中则显著增高。双荧光报告分析实验显示OsbZIPX基因可以促进部分JAZs基因的表达,表明OsbZIPX在水稻开颖过程中能促进茉莉酸信号的传递。5.OsbZIPX与OsDLT在酵母中互作。由于全长OsbZIPX蛋白具有很强的自激活活性,而OsbZIPX的蛋白N端(0-265aa)则不具有转录激活功能,利用OsbZIPX的N端筛选水稻花序cDNA文库,结果显示OsbZIPX的蛋白N端与BR信号传递相关基因OsDLT存在互作。我们推测OsbZIPX可能通过OsDLT参与BR途径。OsbZIPX与OsDLT的相互作用还有待进一步的验证。综上所述,OsbZIPX参与调控水稻开颖的机制可能是通过协同调控BR与茉莉酸途径来实现的,在水稻花发育早期,通过促进BR合成或信号传递促进浆片细胞发育增大,在开颖时OsbZIPX又通过促进茉莉酸途径的信号传递促进水稻开颖。后续我们还将对OsbZIPX如何通过调控JA和BR信号之间的交叉对话来精细调控水稻颖花的开放开展研究,最终为水稻开颖的分子机制的解析提供基础。