水稻苗頂端器官形成的分子機制研究.pdf

1、植物苗頂端是地上部分各器官形成的基礎(chǔ)。苗項端的形成、保持和發(fā)育受復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制。在雙子葉植物中，植物激素如赤霉素(GA)、生長素等和許多轉(zhuǎn)錄因子在苗頂端發(fā)育中起重要的調(diào)控作用；但在單子葉植物尤其是水稻中苗頂端形成的調(diào)控因子還知之甚少。因此研究在水稻苗頂端形成中起調(diào)控作用的各類因子并了解其相互之間的關(guān)系，對闡明苗頂端形成和發(fā)育的分子機理具有重要意義。 本研究主要以植物特有的三個轉(zhuǎn)錄因子家族YABBY、WOX (WUSCHEL-

2、LIKEHOMEOBOX)以及 HD-ZIP I(HOMEODOMAIN ZIP I)為對象，通過克隆、轉(zhuǎn)化等方法研究了他們在水稻苗頂端發(fā)育中的功能，闡述了這些轉(zhuǎn)錄因子對赤霉素合成和信號傳導(dǎo)的影響進而在水稻苗頂端形態(tài)建成中的調(diào)控作用。本研究主要得到以下結(jié)果： 1.OsYAB1是YABBY家族基因，對其表達模式進行了研究，發(fā)現(xiàn)它在快速分化和伸長的器官和組織中表達，這一模式與赤霉素合成酶基因GA3ox2和GA20ox2的表達模式類似

3、。 2.OsYAB1超量表達引起植株矮化，GA<,1>含量降低。在轉(zhuǎn)基因矮化植株中，GA3ox2的表達受到抑制，而GA20ox2和GA2ox3的表達得到促進。OsYAB1的共抑制促進GA3ox2和GA20ox2的表達，引起GA<,1>含量升高，但不影響GA2ox3的表達；同時還導(dǎo)致葉片卷曲，花器官(雌雄蕊)發(fā)育異常。 3.OsYAB1的 GR (糖皮質(zhì)激素受體)誘導(dǎo)表達、酵母單雜交及蛋白質(zhì)凝膠阻滯研究顯示，OsYAB1可

4、以直接調(diào)控GA3ox2的表達。 4.GA信號的增強(GA<,3>處理)可以激活OsYAB1的表達；而GA信號的減弱(多效唑處理)能夠抑制OsYAB1的表達。表明OsYAB1在GA合成的反饋調(diào)控中起作用。 5.OsHOX4是 HD-ZIP I家族基因，對其表達模式進行了研究。OsHOX4的表達呈現(xiàn)器官組成型、組織特異型的模式。OsHOX4在葉原基、幼葉和花原基中的表達模式與OsYAB1類似。 6.OsHOX4的超量

5、表達植株出現(xiàn)矮化的表型。這些矮化植株中GA<,1>的含量升高，外施GA<,3>對這些矮化植株的生長沒有影響，這與OsYAB1轉(zhuǎn)基因植株矮化植株相反，表明OsHOX4對GA信號的傳導(dǎo)具有負調(diào)控作用。 7.在OsHOX4的超量表達植株中，OsYAB1的表達得到促進。OsHOX4蛋白能夠直接結(jié)合到OsYAB1的啟動子上。OsHOX4通過激活OsYAB1基因來促進GA2ox3的表達。 8.OsYAB3和OsWOX3分別屬于YAB

6、BY和WOX家族。表達分析發(fā)現(xiàn)，二者都不在苗頂端分生組織(SAM)中表達，但在葉原基和幼葉中顯示出相似的表達模式。在某些生殖器官(如小花原基，雄蕊原基和雄蕊)中，兩者的表達模式類似；但在雌蕊原基和雌蕊中二者的表達出現(xiàn)差異：OsYAB3在雌蕊原基和雌蕊中表達，而OsWOX3在這些組織中不表達。 9.在OsYAB3 RNA干涉和OsWOX3超量表達植株中都觀察到葉舌葉耳發(fā)育消失、葉片扭曲以及葉片出現(xiàn)節(jié)狀結(jié)構(gòu)等表型變化，但在OsWOX

7、3 RNA干涉植株和OsYAB3超量表達植株中則沒有觀察到明顯的表型變化。 10.OsYAB3的RNA干涉和OsWOX3的超量表達誘導(dǎo)KNOX1類基因OSH1和OSH3在葉片中的異位表達。 11.OsWOX3的超量表達可以抑制OsYAB3的表達。OsVOX3的GR誘導(dǎo)表達、酵母單雜交及凝膠阻滯等實驗分析結(jié)果顯示，OsWOX3能夠直接抑制OsYAB3的表達。 這一系列結(jié)果揭示了水稻轉(zhuǎn)錄因子OsYAB1、OsHOX4