杂种优势在作物育种中的应用大幅提高了作物产量,但其分子机理有待深入研究。最近的研究表明,表观遗传的变化与杂种优势关系密切,其中甲基结合蛋白是表观遗传调控过程中的一个重要蛋白因子。本工作首次从水稻明恢86中克隆了8个甲基结合蛋白编码基因,在表达谱分析的基础上着重研究了OsMBD1的生物学功能,并初步探讨了其在杂种优势中的可能作用。　　 首先,利用水稻基因组数据库提供的序列信息克隆了8个甲基结合蛋白编码基因,分别为MBD701、MBD703、MBD704、MBD706、MBD707、MBD711、MBD717和MBD718,这些基因编码的蛋白都有保守的MBD结构域,而且与小麦中已克隆的甲基结合蛋白具有很高的同源性。　　 对8个基因在明恢86灌浆期剑叶、倒二叶、茎、鞘和穗中的表达谱进行了分析。结果表明,8个基因的表达不具有器官特异性,但它们在不同器官中的表达水平不同。其中,MBD701、MBD706和MBD707在各个器官中均有高水平表达,MBD703、MBD717和MBD718主要在剑叶和倒二叶中表达,MBD704主要在剑叶和穗中表达,MBD711主要在穗中表达。　　 8个基因的表达受非生物胁迫的诱导。基因转录水平表达分析表明,盐处理和PEG处理下,它们的表达量都呈现出先升高后回落的变化趋势,处理4 h或8h后它们的表达水平均达到峰值。但在冷处理下,它们的表达变化没有一致性的规律。　　 对8个基因在超级杂交稻两优2186 F1代杂种及其父本明恢86、母本SE21S中的表达水平进行了比较。结果表明,在灌浆期剑叶中,它们的表达水平接近双亲之一或是双亲的中值。在灌浆期穗子中,MBD707的表达水平比双亲升高了4倍左右,MBD711的表达水平则比父母本分别降低了约70％和83%。本工作中,我们针对MBD707做进一步的功能分析,将其重新命名为OsMBD1。　　 通过农杆菌介导的遗传转化在明恢86中过表达和反义表达OsMBD1,表型分析发现过表达转基因水稻没有明显的表型,但反义转基因水稻发生一系列生长势的变化。其中在反义转基因株系R4中,单穗重和千粒重则分别降低了约50%和16%。对反义转基因株系R4的叶片进行显微观察,发现维管束间的薄壁细胞变大而且排列不规则,叶肉细胞中叶绿体的基粒形状异常。　　 利用microarray研究了OsMBD1转基因植株的转录谱。结果表明,在过表达转基因株系OX1和反义转基因株系R4中,分别有151个和861个基因差异表达,其中52个差异基因为过表达和反义转基因植株所共有。对差异基因进行功能分类,发现R4中有116下调表达基因编码80S核糖体蛋白,其中RPL10在R4中下调而在OX1中上调,暗示该基因的表达可能受OsMBD1直接调控。为了验证这一点,我们通过染色质免疫共沉淀研究了OsMBD1与RPL10基因区域的结合情况。结果表明,RPL10的启动子区结合有OsMBD1蛋白,满足了OsMBD1调控RPL10表达的前提条件。　　 为了研究核糖体蛋白编码基因的下调表达对蛋白质生物合成的影响,本工作通过Western印迹分析了R4中3个细胞质蛋白——Rubisco小亚基、GAPDH和Tubulin的蛋白量变化。结果表明,上述3个蛋白的表达量明显减少。另一方面,real-time PCR的结果表明,它们的mRNA水平并没有显著变化,暗示蛋白量的减少可能与翻译效率降低有关。　　 通过基因枪轰击法在洋葱表皮细胞中瞬时表达OsMBD1-GFP融合蛋白,荧光信号位于细胞核,证明OsMBD1是核蛋白。在凝胶阻滞实验中,OsMBD1重组蛋白既结合甲基化DNA探针,也结合非甲基化DNA探针,说明该蛋白对甲基化位点没有结合特异性。将OsMBD1启动子融合GUS转化烟草并进行GUS染色和定量分析,结果表明,OsMBD1的启动子为组成型表达启动子。酵母双杂交的结果表明,OsMBD1与核小体重塑因子OsDDM1b存在相互作用,符合甲基结合蛋白的作用特点。　　 综上所述,OsMBD1可能通过调节核糖体蛋白编码基因的表达来调控蛋白合成,进而影响水稻的正常生长发育。OsMBD1在杂交稻穗子中的高水平表达可能通过调控基础代谢满足穗子中旺盛代谢的需要,从而参与了杂种优势的形成。