转录调控机制是真核生物基因表达中的重要调节方式,在植物的生长发育、抗逆和抗病响应、信号转导以及次生代谢过程中发挥着重要的作用。转录因子(Transcription factor),也称反式作用因子,它作为转录调控的主体,在植物基因组中大量存在,并参与了植物的众多生物学过程。GAGA-binding protein(GBP)是植物特有的一类转录因子,能特异地与GAGA重复序列结合而调控下游基因的表达。本研究通过生物信息学方法,从全基因组水平上对水稻OsGBP基因家族进行了鉴定以及对该家族进行进化分析;通过转基因方法,对其水稻家族基因的功能进行了研究,主要结果如下:1.水稻基因组中OsGBP家族含4个同源基因,系统发生进化分析表明该家族被划分为两个亚类,其中OsGBP1属于第一亚类,而OsGBP2、OsGBP3、OsGBP4属于第二个亚类,并且串联分布在第10染色体上。基因相似性分析发现OsGBP1同其它基因最高相似度为53%,其它三个基因相似度在82%以上,并且OsGBP2与OsGBP3是两个相同拷贝的基因;氨基酸序列分析显示OsGBP家族的蛋白在C端含有一个非常保守的锌指类的DNA-binding结构域,而在N端,两亚类的基因存在结构差异,其中OsGBP1含有一个介导蛋白之间互作的Coiled-coil的结构域,而另外三个蛋白含有一个未知功能的保守结构域;基因表达分析发现OsGBP1和OsGBP2/3均是组成性表达,在小穗中表达较高,而OsGBP4未检测到表达;蛋白亚细胞定位分析发现OsGBP1和OsGBP3均定位在细胞核,并且具有转录激活活性。另外,OsGBP1在禾本科植物中具有很强的共线性,说明在进化中该基因可能具有非常重要的作用。2.通过获得的osgbp1突变体,以及构建OsGBP1超量表达和抑制转基因材料研究OsGBP1的生物学功能,发现OsGBP1通过影响粒型相关基因的表达负调控粒长,而且OsGBP1还负调控幼苗的生长发育。超量表达OsGBP1,幼苗的生长发育受到抑制,苗高变矮,叶片变黄,苗期生物量也相应降低;而抑制或者突变该基因,苗高增加,生物量也增加;同时还发现,将OsGBP1超量表达以后,延迟水稻的开花,株高也受到了抑制。进一步研究发现,OsGBP1主要通过上调开花调控基因Ghd8,Os LFL1的表达,抑制下游Ehd、Hd3a及RFT1的表达而延迟开花。通过体内酵母单杂交以及体外EMSA实验发现,OsGBP1能直接结合到Os LFL1、Ghd8以及Hd3a启动子上的GAGA重复元件上,因此推测OsGBP1影响开花可能不是简单的上下游调控的关系,而是一个相对复杂的过程。3.构建了OsGBP3抑制和超量表达材料,结果发现,OsGBP3不影响水稻幼苗的生长发育,但影响株高,并且能正调控粒长,促进粒型相关基因的表达。在OsGBP3的超量表达材料中,粒长、粒宽以及株高较野生型明显增加,而在抑制材料中,粒长、株高较野生型明显降低,而粒宽不受影响。4.为了研究OsGBP家族基因之间是否存在功能分化,构建了OsGBP1和OsGBP3的双抑制材料,该材料以日本晴为背景。结果发现,双抑制材料的粒长相比野生型没有显著差异,而粒宽显著降低,由此说明OsGBP家族基因在粒长调控上存在拮抗作用,而在粒宽的调控上,存在功能冗余。另外,双抑制的株高较OsGBP3单抑制显著降低,而OsGBP1单抑制却并不影响株高。5.在研究OsGBP1时,从韩国突变体库中获取一份位于OsGBP1基因3’UTR区的T-DNA插入突变体,该突变体雌雄配子均不育,经研究发现控制雌雄配子不育的位点与T-DNA插入不共分离,但该位点与T-DNA连锁,因此将其命名为MFS。6.将MFS杂合突变体与广亲和材料Dular进行杂交构建F2群体,最终将MFS精细定位在68 kb的区段里,该区段包含10个基因,分别依次将其命名为GR1-GR10。通过对可育和不育材料区间内的基因比较测序发现在GR3基因的内含子区存在一个点突变,该点突变导致GR3蛋白因内含子剪切异常而发生移码,导致翻译的蛋白提前终止。7.通过遗传互补及对GR3基因的敲除实验,验证了GR3就是MFS的候选基因。研究发现该基因可能通过影响性母细胞的减数分裂而导致雌雄配子败育。8.研究发现MFS在水稻中存在MFS-1和MFS-2两个转录本,其编码的蛋白均定位于细胞核,但只有MFS-1蛋白能与Os HUS1和Os Rad9形成三聚复合体,且复合体中的其它两个蛋白被敲除以后,同样也导致花粉败育。