氮素穗肥調(diào)控水稻每穗穎花數(shù)的分子機(jī)制.pdf

1、每穗穎花數(shù)是影響水稻產(chǎn)量的主要因素之一。施用氮素穗肥作為增加水稻每穗穎花數(shù)的主要栽培措施，其調(diào)控水稻穗發(fā)育的分子機(jī)制尚不清楚。本研究通過(guò)不同氮肥水平處理，研究了氮素穗肥調(diào)控水稻每穗穎花數(shù)的分子機(jī)制。首先，通過(guò)熒光定量PCR技術(shù)，研究了氮肥處理對(duì)細(xì)胞分裂素(cytokinin，CTK)代謝相關(guān)基因的調(diào)控作用。其次，利用雙向電泳技術(shù)研究了水稻根中蛋白質(zhì)對(duì)氮和CTK的響應(yīng)。此外，還利用蛋白質(zhì)組扣轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)分析了氮肥對(duì)水稻穗發(fā)育過(guò)程中基因表達(dá)

2、的影響，并篩選差異表達(dá)基因。在所有差異表達(dá)基因中，轉(zhuǎn)錄因子PAP2對(duì)水稻穗發(fā)育的調(diào)控作用與氮肥處理效果最為接近。最后，對(duì)PAP2的功能進(jìn)行了深入研究。主要研究結(jié)果如下:
　　1.利用熒光定量PCR技術(shù)研究幼穗組織中CTK合成基因(OsIPTs)的表達(dá)。發(fā)現(xiàn)OsIPTs在氮肥施用后表達(dá)量顯著增加，而葉片和根中的表達(dá)變化均不明顯。這說(shuō)明氮肥通過(guò)調(diào)控幼穗組織中OsIPTs的表達(dá)控制CTK水平，從而促進(jìn)了枝梗和穎花的分化。調(diào)節(jié)局部組織中C

3、TK合成是氮肥增加每穗穎花數(shù)的重要途徑之一。
　　2.利用雙向電泳和質(zhì)譜技術(shù)研究了水稻根對(duì)氮和CTK的響應(yīng)。鑒定到28個(gè)蛋白質(zhì)受氮和CTK的共同調(diào)控作用。這些蛋白質(zhì)的功能主要涉及能量和物質(zhì)代謝。其中2個(gè)酶參與糖酵解過(guò)程，6個(gè)酶參與三羧酸循環(huán)過(guò)程。研究結(jié)果表明這些蛋白質(zhì)能夠被氮和CTK精確調(diào)控以促進(jìn)根中氨基酸的合成。
　　3.研究了幼穗組織的蛋白質(zhì)組在氮素穗肥處理前后的變化。發(fā)現(xiàn)氮肥處理對(duì)幼穗中蛋白質(zhì)降解相關(guān)蛋白質(zhì)影響較大，占

4、差異表達(dá)蛋白質(zhì)總數(shù)的18％。
　　4.通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)分析了水稻葉片和幼穗組織對(duì)氮素穗肥的響應(yīng)，得到了10，000多個(gè)基因的表達(dá)數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，很多基因不僅具有調(diào)控每穗穎花數(shù)的功能，還能調(diào)控株高、抽穗期、分蘗、結(jié)實(shí)率等性狀。同時(shí)調(diào)控株高和穎花數(shù)的基因有OsGAE1、OsPH1、OsGASR1;同時(shí)調(diào)控抽穗期和穎花數(shù)的基因有PAP2、OsCO3、OsCOL4、OsDof12、OsHDT1、OsHO1;同時(shí)調(diào)控分蘗和穎花數(shù)

5、的基因有MIP1、OsGS2、OsEATB、OsAP2-39;同時(shí)調(diào)控結(jié)實(shí)率和穎花數(shù)的基因有OsPht1;8和ASP1。這與氮肥對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的多重調(diào)控效應(yīng)相一致。
　　5.PAP2對(duì)穗發(fā)育和抽穗期具有調(diào)控作用，與氮肥效應(yīng)類似。施用氮肥后水稻葉片和幼穗中PAP2轉(zhuǎn)錄水平下降，表明PAP2參與了氮肥對(duì)水稻穗發(fā)育的調(diào)控。本研究證明了OsWRKY60和OsWOX9是PAP2的下游調(diào)控基因，兩基因都具有調(diào)控枝梗和穎花分化的作用。研究還發(fā)現(xiàn)