水稻粒型和葉夾角的關(guān)鍵調(diào)控基因SLG的克隆和功能分析.pdf

1、水稻（Oryza sativa L.）是世界上最重要的糧食作物之一、，養(yǎng)育了世界一半以上的人口。隨著世界人口的不斷增長和耕地面積的持續(xù)減少，提高糧食產(chǎn)量仍然是水稻育種的一個巨大挑戰(zhàn)。水稻粒型是決定水稻產(chǎn)量的重要農(nóng)藝性狀之一;同時，它還影響水稻的外觀、加工、蒸煮及食味品質(zhì)。葉夾角作為重要的一個農(nóng)藝性狀，影響水稻的株型和產(chǎn)量;研究表明直立葉可以增加光合作用效率和籽粒灌漿過程中氮的儲備，有利于植株的密植。迄今為止，雖然在水稻中報道了許多影響水

2、稻粒型和葉夾角的基因，我們已經(jīng)對它們的遺傳與分子機理有了一定程度的認(rèn)知，但是，調(diào)控水稻粒型和葉夾角的精細(xì)分子機制還沒有完全被闡明。
　　油菜素內(nèi)酯（Brassinosteroid, BR）是一種甾醇類植物激素，它對植物生長和發(fā)育的各個方面都具有十分重要的調(diào)控作用。研究表明BR在調(diào)控水稻粒型、葉夾角和產(chǎn)量方面發(fā)揮著十分重要的調(diào)節(jié)作用。BR穩(wěn)態(tài)對于植株正常的生長和發(fā)育是關(guān)鍵的。盡管最近幾十年對于BR的合成、代謝及信號途徑的研究有了較快

3、的進展，但是目前我們對于BR穩(wěn)態(tài)的調(diào)控機制還知之甚少。
　　在本研究中，我們從一個帶有激活標(biāo)簽的T-DNA插入突變體庫中分離和鑒定了一個表現(xiàn)出籽粒細(xì)長和葉夾角增大表型的突變體slender grain Dominant（slg-D），通過基因的克隆與功能分析，揭示了引起slg-D突變體表型的遺傳和分子機理，并且從細(xì)胞形態(tài)及生理等方面對slg-D突變體進行了比較系統(tǒng)的研究，這加深了對水稻粒型及葉夾角調(diào)控機制的研究，同時也為水稻育種提

4、供了理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.相比于野生型，突變體slg-D具有細(xì)長籽粒乖較大葉夾角的表型。光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡的細(xì)胞形態(tài)觀察表明細(xì)胞大小的改變（特別是細(xì)胞長度的改變）導(dǎo)致了slg-D突變體的突變表型。遺傳分析結(jié)果表明slg-D基因突變表現(xiàn)為一單基因控制的半顯性遺傳。
　　2.我們發(fā)現(xiàn)在突變體slg-D中由于T-DNA的插入導(dǎo)致基因LOC_Os08g44830和LOC_Os08g44840的表達量都顯著增加。我們

5、的結(jié)果證明slg-D的突變表型是由LOC_Os08g44840的過表達導(dǎo)致的，因此，我們將LOC_Os08g44840命名為SLG。SLG編碼一個含445個氨基酸的BAHD家族?；D(zhuǎn)移酶蛋白，系統(tǒng)進化樹分析表明SLG類蛋白可以分為單子葉和雙子葉兩大類，而SLG屬于單子葉類，然而，至今為止，在其他單子葉物種中還沒有這一類基因功能的報道。
　　3.熒光定量PCR結(jié)果顯示，SLG在幼穗中強烈表達，在葉枕中的表達相對較高，在莖尖、莖及葉片

6、中低，在根和葉鞘中非常低;GUS組織染色和定量結(jié)果一致，另外GUS染色結(jié)果還顯示SLG的表達主要集中在維管組織中;原位雜交結(jié)果顯示，SLG主要在小穗分生組織原基、外穎原基、內(nèi)穎原基、花分生組織原基以及維管組織區(qū)域中表達;SLG主要在幼穗和葉枕處的表達暗示了它調(diào)控粒型和葉夾角的功能。亞細(xì)胞定位結(jié)果表明SLG蛋白在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中都有定位。
　　4.BR敏感性測試實驗發(fā)現(xiàn)在slg-D中BR敏感性并沒有發(fā)生改變，表明SLG不影響B(tài)R信號

7、途徑。我們發(fā)現(xiàn)突變體slg-D經(jīng)BR合成抑制劑BRZ處理后其葉夾角恢復(fù)到了野生型的水平。在BR合成缺陷突變體d11-2和BR信號缺陷突變體d61-1中過表達SLG并沒有改變它們的表型。BR含量測定結(jié)果表明slg-D突變體中BR的水平增加了。相應(yīng)地，BR相關(guān)基因表達分析表明，在slg-D中，部分BR合成及信號基因的表達量發(fā)生了由于BR含量過量而引起的反饋調(diào)節(jié)變化。這些結(jié)果表明SLG正向調(diào)控內(nèi)源BR水平，它是一個新的BR穩(wěn)態(tài)調(diào)控者。

8、　　5.SLG RNAi植株表現(xiàn)出株型更緊湊，株高降低，葉夾角減小和籽粒變短變圓的表型，這些表型類似于那些BR缺陷突變體的表型，比如d61和d11，進一步突出了SLG在調(diào)控BR穩(wěn)態(tài)上的功能。該發(fā)現(xiàn)還表明一個優(yōu)化的SLG的表達水平可能有助于創(chuàng)造一個緊湊和半矮化的理想株型。
　　6.酵母雙雜交、體外pull-down及雙分子熒光互補(BiFC)實驗都證明SLG可以與自身互作形成同源復(fù)合體，同時也表明SLG的N端30個氨基酸區(qū)域(SLG