染色质(Chromatin)是在细胞中发现的大分子复合物,由DNA,蛋白质和RNA组成,核小体是染色质的基本结构单位,由组蛋白和DNA构成。组蛋白H1是连接核小体与DNA的连接组蛋白,作为染色体的基本蛋白,主要参与染色体高级结构的维持与稳定。在哺乳动物人和小鼠的研究中普遍发现,组蛋白H1对大部分基因表达具有明显的抑制作用,在表观遗传修饰水平如组蛋白修饰和高度DNA甲基化的异染色质区域发挥重要作用。目前,这些研究结论主要在哺乳动物中被证实,在水稻中未见组蛋白H1功能的报道与相关研究。本研究以水稻日本晴品种为研究材料,克隆了4个水稻组蛋白H1基因,构建了H1过表达载体和亚细胞定位载体,培育了稳定转化水稻材料,并对H1过表达转基因水稻株系进行了初步的鉴定与分析。同时在水稻原生质体瞬时转化体系中观察H1亚细胞定位,Western Blot验证H1蛋白表达水平,系统分析了水稻中组蛋白H1与基因表达的关系。相关研究结果有助于在全基因组水平更好地理解水稻组蛋白H1在水稻基因组中的调控功能。主要研究结果如下:1.根据生物信息学分析结果,结合水稻公共数据库中和已发表的文献中查阅到4个已注释为组蛋白H1的基因,分别为LOC_Os04g18090(CsH1.1)、LOC_Os06g04020(OsH1.2)、LOC-Os03g58470(OsH1.3)、LOC_Os07g08710(OsH1.4)、将其与人、拟南芥组蛋白H1进行序列比对分析,发现水稻组蛋白H1与拟南芥组蛋白H1亲缘关系较近,与人类组蛋白H1亲缘关系较远。2.提取日本晴品种苗期叶片的RNA,成功克隆4个组蛋白H1的编码序列,构建了由水稻Ubi启动子启动的H1过表达载体。通过农杆菌介导法侵染水稻愈伤组织,经过筛选分化、生根培养等过程,分别获得OsH1.1、OsH1.2、OsH1.4各20个以上的转化子,经潮霉素抗性鉴定表明,其中约70%为阳性转基因植株。自交获得转基因T0代籽粒,发现T0代籽粒粒型变化显著,籽粒明显变细长,千粒重下降。3.构建由CaMV35S启动子启动的H1-GFP融合蛋白的亚细胞定位载体。利用水稻原生质体瞬时表达系统,在原生质体中进行亚细胞定位,结果表明4个组蛋白H1均定位在细胞核中。Western Blot实验验证水稻H1蛋白在原生质体中的表达。4.OsH1.1转化原生质体后提取RNA进行高通量转录组测序分析,4个样品(对照组和过表达组各两个重复)经过测序质量控制共得到7.5 Gb clean data。将各个样品测序序列分别比对到水稻参考基因组进行基因表达量分析,发现水稻OsH1.1的对照组和过表达组的表达量分别为134.178,51638;过表达组表达量是对照组的385倍。筛选了3721个差异表达基因,其中1669个基因显著上调,2052个基因显著下调。结合GO和KEGG分析,发现OsH1.1表达量的变化主要影响光合作用、焦磷酸酶活性等途径的相关基因表达。OsH1.1过表达同时也影响一些粒型相关基因的表达。