兩個水稻株高突變體變異機制的研究.pdf

1、水稻株高是與產量、光合效率和抗倒性密切相關的重要農藝性狀。赤霉素(GA)對株高建成有重要的調控作用。GA調控植物生長發(fā)育是通過GA信號調控與生長發(fā)育相關基因表達實現(xiàn)的。從GA合成到GA信號傳遞的任一步阻斷，都能影響植物正常的生長和發(fā)育，并從表型上表現(xiàn)出來。因而，通過水稻株高突變體研究，不僅可以鑒定在GA代謝途徑和信號轉導途徑中起作用的新基因，而且可以了解GA調控禾本科植物株高建成機理，后者對理想株型育種具有重要的理論和實踐意義。

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、信號轉導以及植物激素調控株高建成機理等方面有重要價值，本研究對高稈突變體9311HR-T株高變異機制進行了研究。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地上部各伸長節(jié)間均極顯著伸長，第1至第6節(jié)間的長度分別是野生型9311HR的1.4倍、1.8倍、1.6倍、2

3、.1倍、2.8倍和4.5倍，這是導致其株高增加的主要原因。解剖學研究發(fā)現(xiàn)，9311HR-T節(jié)間伸長是細胞伸長所致，暗示該突變體可能與GA有關。用不同濃度外源GA3對野生型和突變體第二葉鞘、幼苗進行處理，并對無胚半粒種子α-淀粉酶進行誘導。結果發(fā)現(xiàn)，突變體第二葉鞘、苗高及α-淀粉酶誘導對外源GA3的敏感性沒有改變。GA合成抑制劑uniconazole能使突變體第二葉鞘長度和苗高恢復為野生型，且uniconazole對高稈突變體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源活性GA含量增加所致。內源GA含量測定表明，高稈突變體9311HR-T中內源活性GA1含量是野生型的2.6倍，為內源活性GA含量增加導致9311HR-T高稈表型提供了直接證據。為探究引起9311HR-T內源GA增加的內在原因，利用半定量RT-PCR分析了GA合成途徑中關鍵限速酶基因的表達，結果發(fā)現(xiàn)GA20ox2表達明顯上調，而GA2ox3表達下調，表明GA代謝途徑中這2個關

5、鍵基因未受活性GA調控。序列分析表明，在9311HR中，GA20ox2 CDS第1026個堿基C顛換為G，形成一個終止密碼子TAG，使翻譯提前終止；而在9311HR-T中，GA20ox2 CDS第1026個堿基G又顛換為C，使翻譯能夠正常進行；而GA2ox3序列未發(fā)生改變。上述結果表明，GA20ox2恢復突變和表達上調及GA2ox3表達下調共同導致高稈突變體9311HR-T內源GA含量增加，進而導致高稈表型。
　　 02428h

6、系從半矮稈水稻02428體細胞培養(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)一個半矮稈突變體02428ha，該突變體仍然攜有eui基因。本研究對半矮稈突變體02428ha矮化機制進行了研究。02428ha的株高為127.3±2.6cm，比野生型02428h矮29.7cm，差異達極顯著水平。節(jié)間調查表明，第1節(jié)間縮短是導致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，進行解剖學觀察，結果表明：02428ha最上節(jié)間細胞長度較02428h相應的細胞長度縮短；從下至上，02428ha細胞長度較野生型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％。故細胞長度縮短是導致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就能促進野生型02428h第二葉鞘伸長生長，而促進突變體02428ha第二葉鞘伸長生長所需的最小GA3濃度為1×10-6M;而且，1×10-4MGA3飽和處理亦不能使02428ha矮化表型完全恢復為野生型。上述結果表明，02428ha對外源GA3敏感性發(fā)生改變。內源GA含量測定表明，突變體02428ha中活性GA1含量為15.96ng.g-1FW，是野生型的6倍，進一步證實02428ha

9、株高矮化是對GA敏感性降低所致。因02428ha對外源GA3敏感性降低，故推測其株高矮化與GA信號途徑損壞有關。對GA信號轉導途徑基因表達分析后發(fā)現(xiàn)，GA信號轉導途徑中正調控因子F-box蛋白基因GID2表達明顯下調，表明該突變體對GA敏感性降低是GID2抑制表達所致。對該基因克隆測序后發(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個堿基。插入位點恰好位于GID2的LSL結構域中