节律钟和光周期调控水稻代谢组及抽穗期的分子机理

Understanding the genetic basis and regulation of the diversity of plant metabolites is of crucial importance in plant biology. As the bridge between the genome and the phenome, the plant metabolome is the material basis of all aspects of biological processes in plants. Rice is one of the most important crops in China and worldwide. Circadian clock and photoperiod are the key internal and external factors that determine the metabolome and also the heading date in rice. Using a novel widely-targeted metabolic profiling strategy developed by us that can quantify nearly 1000 metabolites in 30 minutes. We have found that about 20% of the metabolome showed circadian accumulation in rice leaf. We have also preliminary identified a compound that is involved in the regulation of heading date. This compound is controlled by Ghd7 and we have also precisely mapped other loci that regulate the content of the metabolite. In this application, we will use the combined forward and reverse genetic strategies, together with approaches integrating biochemistry, molecular biology, and bioinformatics, to investigate the genetic and biochemical bases of the regulation of metabolome by circadian clock and photoperiod. We also intend to find out how circadian clock and photoperiod determine heading date through manipulate metabolism in rice.

植物代谢物多样性的遗传基础及其调控是植物生物学重要科学问题。植物代谢组做为基因组与表型组的桥梁，是植物各种生物学过程的物质基础。水稻是我国及世界上最重要的作物之一，抽穗期是决定水稻产量最为重要的农艺性状之一。节律钟和光周期是调控植物代谢最重要的内、外因子，也是决定水稻抽穗的重要因素。申请者利用自己开发的能够在30分钟内定量近1000种代谢物的新广泛靶向代谢组学分析方法研究了长日照条件下水稻苗期叶片及根的代谢组动态变化，结果表明约20%的代谢物的积累具有明显的节律，同时筛选到一种受到Ghd7控制，参与节律钟和光周期调控水稻抽穗的代谢物，并精确定位了其遗传控制位点。本申请将在此基础上采用正反向遗传学相结合的手段，综合利用遗传学、生物化学、分子生物学和生物信息学等方法，解析组织特异性节律钟和光周期调控水稻代谢组的遗传和生化基础，阐明节律钟和光周期通过代谢物调控水稻抽穗期的分子机理。

植物代谢物多样性的遗传基础及其调控是植物生物学重要科学问题。植物代谢组做为基因组与表型组的桥梁，是植物各种生物学过程的物质基础。水稻是我国及世界上最重要的作物之一，抽穗期是决定水稻产量最为重要的农艺性状之一。节律钟和光周期是调控植物代谢最重要的内、外因子，也是决定水稻重要农艺性状的重要因素。申请者利用自己开发的能够在30分钟内定量近1000种代谢物的新广泛靶向代谢组学分析方法研究了长日照条件下水稻苗期叶片及根的代谢组动态变化，结果表明约20%的代谢物的积累具有明显的节律。本研究在此基础上采用正反向遗传学相结合的手段，综合利用遗传学、生物化学、分子生物学和生物信息学等方法，解析组织特异性节律钟调控水稻代谢组的遗传和生化基础，阐明节律钟通过代谢物调控水稻重要性状的分子机理。首先以水稻为材料进行了不同组织材料转录组和代谢组的研究，获得了不同组织的节律转录组，解析并鉴定了节律代谢组；利用水稻自然群体研究了节律钟等组织特异性调控代谢组的遗传、生化基础，定位到大量的主效调控位点，并进一步通过分子和生化手段克隆并鉴定了一批关键结构及调控基因；以节律性积累的苯丙烷代谢途径的代表性代谢物（类黄酮、酚胺等）为研究对象，解析了其代谢途径及转录调控网络；利用代谢组学辅助解析水稻复杂性状分子机理的方法，成功鉴定了一批调控水稻重要农艺性状的节律性代谢物，初步解析了节律代谢物支链氨基酸、茉莉素、葫芦巴碱等分别调控水稻生长、抽穗及衰老、粒型等重要农艺性状的分子机理，为代谢组学辅助作物育种的提供了新手段。

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