兩個(gè)水稻株高突變體變異機(jī)制的研究.pdf

1、水稻株高是與產(chǎn)量、光合效率和抗倒性密切相關(guān)的重要農(nóng)藝性狀。赤霉素(GA)對(duì)株高建成有重要的調(diào)控作用。GA調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育是通過(guò)GA信號(hào)調(diào)控與生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)實(shí)現(xiàn)的。從GA合成到GA信號(hào)傳遞的任一步阻斷，都能影響植物正常的生長(zhǎng)和發(fā)育，并從表型上表現(xiàn)出來(lái)。因而，通過(guò)水稻株高突變體研究，不僅可以鑒定在GA代謝途徑和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中起作用的新基因，而且可以了解GA調(diào)控禾本科植物株高建成機(jī)理，后者對(duì)理想株型育種具有重要的理論和實(shí)踐意義。

2、　　 9311HR-T是從半矮稈品系9311HR中自然突變獲得的高稈突變體。鑒于株高突變體在研究植物激素代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及植物激素調(diào)控株高建成機(jī)理等方面有重要價(jià)值，本研究對(duì)高稈突變體9311HR-T株高變異機(jī)制進(jìn)行了研究。9311HR-T的株高為210.8±4.9cm，是野生型的1.8倍。與野生型相比，高稈突變體9311HR-T地上部各伸長(zhǎng)節(jié)間均極顯著伸長(zhǎng)，第1至第6節(jié)間的長(zhǎng)度分別是野生型9311HR的1.4倍、1.8倍、1.6倍、2

3、.1倍、2.8倍和4.5倍，這是導(dǎo)致其株高增加的主要原因。解剖學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，9311HR-T節(jié)間伸長(zhǎng)是細(xì)胞伸長(zhǎng)所致，暗示該突變體可能與GA有關(guān)。用不同濃度外源GA3對(duì)野生型和突變體第二葉鞘、幼苗進(jìn)行處理，并對(duì)無(wú)胚半粒種子α-淀粉酶進(jìn)行誘導(dǎo)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，突變體第二葉鞘、苗高及α-淀粉酶誘導(dǎo)對(duì)外源GA3的敏感性沒(méi)有改變。GA合成抑制劑uniconazole能使突變體第二葉鞘長(zhǎng)度和苗高恢復(fù)為野生型，且uniconazole對(duì)高稈突變體9311HR

4、-T苗高抑制作用能被外源GA3解除，表明高稈突變體株高增加是內(nèi)源活性GA含量增加所致。內(nèi)源GA含量測(cè)定表明，高稈突變體9311HR-T中內(nèi)源活性GA1含量是野生型的2.6倍，為內(nèi)源活性GA含量增加導(dǎo)致9311HR-T高稈表型提供了直接證據(jù)。為探究引起9311HR-T內(nèi)源GA增加的內(nèi)在原因，利用半定量RT-PCR分析了GA合成途徑中關(guān)鍵限速酶基因的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GA20ox2表達(dá)明顯上調(diào)，而GA2ox3表達(dá)下調(diào)，表明GA代謝途徑中這2個(gè)關(guān)

5、鍵基因未受活性GA調(diào)控。序列分析表明，在9311HR中，GA20ox2 CDS第1026個(gè)堿基C顛換為G，形成一個(gè)終止密碼子TAG，使翻譯提前終止；而在9311HR-T中，GA20ox2 CDS第1026個(gè)堿基G又顛換為C，使翻譯能夠正常進(jìn)行；而GA2ox3序列未發(fā)生改變。上述結(jié)果表明，GA20ox2恢復(fù)突變和表達(dá)上調(diào)及GA2ox3表達(dá)下調(diào)共同導(dǎo)致高稈突變體9311HR-T內(nèi)源GA含量增加，進(jìn)而導(dǎo)致高稈表型。
　　 02428h

6、系從半矮稈水稻02428體細(xì)胞培養(yǎng)后代中發(fā)現(xiàn)的隱性高稈突變體，其高稈性狀受elongated uppermostinternode(eui)控制。之后，我們又在02428h中發(fā)現(xiàn)一個(gè)半矮稈突變體02428ha，該突變體仍然攜有eui基因。本研究對(duì)半矮稈突變體02428ha矮化機(jī)制進(jìn)行了研究。02428ha的株高為127.3±2.6cm，比野生型02428h矮29.7cm，差異達(dá)極顯著水平。節(jié)間調(diào)查表明，第1節(jié)間縮短是導(dǎo)致02428ha株

7、高矮化的主要因素。為研究引起02428ha節(jié)間縮短的原因，本研究將野生型和突變體最上節(jié)間平均分成5段，進(jìn)行解剖學(xué)觀察，結(jié)果表明：02428ha最上節(jié)間細(xì)胞長(zhǎng)度較02428h相應(yīng)的細(xì)胞長(zhǎng)度縮短；從下至上，02428ha細(xì)胞長(zhǎng)度較野生型02428h縮短的比率分別為36.4％,37.5％,37.1％，40.3％和29.4％。02428ha最上節(jié)間較02428h顯著縮短，縮短的比率是24.1％。故細(xì)胞長(zhǎng)度縮短是導(dǎo)致02428ha最上節(jié)間縮短的直

8、接原因。外源GA3處理表明，1×10-8M GA3就能促進(jìn)野生型02428h第二葉鞘伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，而促進(jìn)突變體02428ha第二葉鞘伸長(zhǎng)生長(zhǎng)所需的最小GA3濃度為1×10-6M;而且，1×10-4MGA3飽和處理亦不能使02428ha矮化表型完全恢復(fù)為野生型。上述結(jié)果表明，02428ha對(duì)外源GA3敏感性發(fā)生改變。內(nèi)源GA含量測(cè)定表明，突變體02428ha中活性GA1含量為15.96ng.g-1FW，是野生型的6倍，進(jìn)一步證實(shí)02428ha

9、株高矮化是對(duì)GA敏感性降低所致。因02428ha對(duì)外源GA3敏感性降低，故推測(cè)其株高矮化與GA信號(hào)途徑損壞有關(guān)。對(duì)GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑基因表達(dá)分析后發(fā)現(xiàn)，GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中正調(diào)控因子F-box蛋白基因GID2表達(dá)明顯下調(diào)，表明該突變體對(duì)GA敏感性降低是GID2抑制表達(dá)所致。對(duì)該基因克隆測(cè)序后發(fā)現(xiàn)，在GID2基因編碼區(qū)(coding sequence， CDS)第594和595堿基之間插入了15個(gè)堿基。插入位點(diǎn)恰好位于GID2的LSL結(jié)構(gòu)域中