OsGA3ox通过合成不同活性GA调控水稻育性及株高

赤霉素(gibberellin,GA)是一种重要的激素,参与调控植物多种生长发育过程。GA生物合成通路已基本阐明,其中赤霉素3β羟化酶(gibberellin 3β-hydroxylase,GA3ox)是多种活性GA合成的关键酶。水稻中有2个GA3ox基因(OsGA3ox1和OsGA3ox2),其生理功能虽有初步研究,但它们在合成活性GA调控水稻发育过程中是如何分工协作尚不清楚。本研究通过CRISPR/Cas9技术获得基因编辑突变体ga3ox1和ga3ox2,发现ga3ox1花粉育性显著下降,而ga3ox2株高显著变矮,表明OsGA3ox1是花粉正常发育必需的,而OsGA3ox2是茎叶伸长必需的。组织表达分析表明,OsGA3ox1主要在未开的花中表达,OsGA3ox2主要在未伸长的叶中表达。进一步对野生型(WT)和两个ga3ox突变体未开的花、未伸长的叶及根中的GA进行检测分析,发现OsGA3ox1在花中催化GA9形成GA7与花粉育性密切相关;OsGA3ox2在未伸长的叶中催化GA20形成GA1调控株高;OsGA3ox1在根中催化GA19形成GA20,调控GA3的生成。总之,OsGA3...     

水稻矮化小穗突变d18新等位基因的发现及生理功能分析

株高和穗型是决定水稻产量密切相关的农艺性状.本研究从粳稻品种台北309经甲基磺酸乙酯诱变的群体中分离出一个能稳定遗传的矮化小穗突变体,主要表现矮化、粒长增加而宽度变小和穗型变小等特点.遗传分析表明,该突变体受单隐性核基因控制.定位于水稻第1号染色体的Indel标记P4和P5之间,物理距离约为20 kb.由于该区间只有一个已经克隆的矮化基因Dwarf18(d18),其功能编码赤霉素3β-羟化酶(GA3ox2).所以,表明突变基因与d18可能等位.测序比对发现,该突变基因的第2个外显子发生了1个碱基(G)的缺失,造成无义突变,实时荧光定量PCR结果显示,OsGA3ox2基因在突变体中表达量显著下降.因此,将该突变基因暂命名为d18-1.组织切片观察结果显示,与野生型相比,突变体的茎部倒三节间纵向细胞长度显著变短,但细胞数目增多.生理功能结果分析表明,突变体对外源激素GA更敏感,但对外源激素BR不如野生型敏感.检测与GA和BR生物合成与信号传导途径相关基因的表达结果发现,与野生型相比,在突变体中参与GA失活基因OsGA2ox3出现了下调表达,GA生物合成相关基因OsGA20ox2和OsGA3ox2也出现了下调表达,GA信号传导途径中的关键基因都没有明显的差异表达变化.另外,参与BR的合成或者信号传导途径的大部分相关基因在突变体中的表达都出现了下调.由此证明,突变体矮化是由于GA激素的不能正常合成所导致,并且对外源活性BR的响应通路受损而造成对BR激素的低敏感反应.另外,对孕穗期的野生型和突变体的幼穗进行转录组测序分析表明,与野生型相比,突变体检测到1497个差异表达基因,这些差异基因涉及苯丙素的生物合成、糖代谢和碳代谢等.因此,推测突变体中的OsGA3ox2基因发生了无义突变影响了GA和BR生物合成与信号传导途径以及穗型发育相关调控途径,这为更深入研究调控水稻矮化以及穗型的遗传网络提供了新的信息.     

蒺藜苜蓿株高控制基因COSTIN的克隆及功能研究

株高是影响植物株型建成的重要农艺性状之一,直接决定作物的倒伏性和生物产量,但目前关于苜蓿等豆科牧草株高性状形成的分子调控机制尚不清楚。通过定向筛选豆科模式植物蒺藜苜蓿Tnt1逆转座子插入突变体库,分离鉴定了一个蒺藜苜蓿矮化突变体compact stalk internodes(costin),该突变体的矮化表型是由于茎节伸长受到抑制所致。通过基因表型连锁分析成功克隆了COSTIN基因,该基因编码一个钙离子交换蛋白,与拟南芥的CALCIUM EXCHANGER 7(CAX7) 基因高度同源。qRT-PCR检测发现COSTIN基因在茎、叶和果荚等组织中有较高的表达。进一步研究发现在costin突变体中赤霉素合成途径关键基因MtCPS、MtKAO1、MtGA20ox4、MtGA20ox7和MtGA3ox1表达下调;外施赤霉素GA3可以恢复costin突变体的矮化表型。上述研究表明COSTIN基因通过影响植物激素赤霉素的生物合成来调控蒺藜苜蓿的茎节伸长。     

毛竹茎秆伸长过程中赤霉素生物合成、降解和信号转导关键基因的鉴定及表达分析

赤霉素(Gibberellin)是一类非常重要的植物激素,在高等植物生命活动的整个周期都起着重要的调控作用。从毛竹Phyllostachys edulis基因组中共鉴定出23个赤霉素途径基因,包括赤霉素生物合成相关的8个GA20ox和1个GA3ox基因、降解相关的8个GA2ox基因、参与赤霉素感知的2个GID1基因以及信号转导的2个GID2基因和2个DELLA基因。拟南芥、水稻和毛竹的系统进化树和保守基序分析显示赤霉素的合成代谢与信号转导在这些物种中是高度保守的。利用外源赤霉素处理毛竹种子和幼苗,发现赤霉素能显著提高种子的萌发率和幼苗的茎秆伸长,并且有着最佳的作用浓度。在GA3处理后,毛竹体内赤霉素生物合成基因GA20ox和GA3ox表达量均下调而降解活性赤霉素的GA2ox基因表达量上调;赤霉素受体GID1和正调控基因GID2的转录水平显著提高而负调控基因DELLA的表达受到抑制。这些基因在竹笋茎秆的不同形态学位置表达差异明显,大部分赤霉素生物合成与降解的相关基因GA20ox、GA3ox和GA2ox以及赤霉素受体GID1和正调控基因GID2都在竹笋的形态学上端大量表达,而赤霉素信号转导的阻遏基因DELLA在笋体形态学底端大量积累而顶端基本不表达。     

温度对温敏核不育水稻eui突变体最上节间伸长的影响

以培矮64S为对照, 采用田间调查和人工温度处理方法研究了温度对温敏核不育水稻（Oryza sativa）eui突变体（双低培eS）最上节间伸长的影响。结果表明, 双低培eS穗颈伸出度与抽穗前12–17天（花粉母细胞形成期至减数分裂期）的日均温度呈显著负相关。在温度敏感期分别进行人工温度处理, 在18–26℃条件下穗颈伸出度为正值且不包颈; 在28℃条件下出现包颈现象。在可育温度（20℃）和不育温度（24℃）条件下, 双低培eS最上节间中GA1、IAA和ZR含量极显著地高于培矮64S, 而ABA含量则显著低于培矮64S, 最上节间中最内层薄壁细胞数目分别比培矮64S多1 177和823个, 细胞平均长度分别比培矮64S长23.2和16.7 μm。温敏核不育水稻eui突变体最上节间伸长是由于节间最内层薄壁细胞数目增多和细胞长度增加双重作用所致, 其中以细胞伸长为主, 且随着处理温度的升高, 最上节间最内层薄壁细胞数目减少, 细胞平均长度变短。eui基因还可能通过调节激素间的平衡来控制温敏核不育水稻eui突变体最上节间的伸长生长。     

马铃薯突变体赤霉素代谢关键酶基因差异表达分析

为揭示马铃薯株高突变与赤霉素代谢途径关键酶基因的关系,以马铃薯株高突变株系4P2-9为材料,利用实时荧光定量PCR方法中的相对定量RT-PCR建立双标准曲线,以Actin基因为内参基因,对高原4号及其株高突变材料4P2-9中的赤霉素代谢相关基因的表达情况进行了检测。结果显示,4P2-9的株高及节间数显著低于对照材料(P0.05),节间长度显著高于对照(P0.05),赤霉素代谢的关键酶基因KS、KO和GID1表达量显著下调,分别为对照材料的0.725倍、0.657倍和0.890倍;GA20ox1和GA2ox1基因的表达量表现为上调,分别为对照材料的1.557倍和1.425倍。结果表明,赤霉素代谢过程中关键酶基因表达量的改变是造成4P2-9材料株高变化的原因之一,而GA20ox1和GA2ox1基因的表达量的上调是促使株高降低的主要因素。     

水稻茎伸长生长与植物激素

赤霉素（GA）、生长素（IAA）、脱落酸（ABA）和乙烯影响水稻茎（或节间）的伸长,其中赤霉素与水稻茎伸长生长的关系最密切。GA1是植物体内刺激茎伸长的至关重要的赤霉素, GA3已作为最常用的外源激素诱导水稻的节间伸长。水稻茎秆的伸长受激素浓度和敏感性的双重控制,激素浓度或敏感性任一方的改变都有可能导致株高的变异。赤霉素如此显著地促进茎的伸长可能与增加细胞分裂和促使细胞壁松弛有关。而生长素主要促进细胞伸长。植物激素促进水稻茎伸长的分子机理的研究已有较大的进展,预期这方面的研究和应用在未来几年内将有新的突破。     

水稻茎伸长生长与植物激素

赤霉素（GA）,生长素（IAA）,脱落酸（ABA）和乙烯影响水稻茎（或节间）的伸长,其中赤霉素与水稻茎伸长生长的关系最密切。GA1是植物体内刺激茎伸长的至关重要的赤霉素,GA3已作为最常用的外源激素诱导水稻的节间伸长。水稻茎秆的伸受激素浓度和敏感性的双重控制,激素浓度或敏感性任一方的改变都有可能导致株高的变异。赤霉素如此显著地促进茎的伸长可能与增加细胞分裂和促使细胞壁松弛有关。而生长素主要促进细胞伸长。植物激素促进水稻茎长的分子机理的研究已有较大的进展,预期这方面的研究和应用在未来几年内将有新的突破。     

太空诱变玉米核不育突变体矮化的遗传及外施赤霉素分析

为了解太空诱变玉米核不育突变体矮化的遗传规律和原因,该研究以不育突变体为母本,自交系178、478为父本,对测交 F1、F2群体进行育性鉴定和株高分析,对 F2可育株进行基因型和株高分析,对姊妹交后代分离群体进行育性鉴定和株高、雄穗长度、节间数、节间长度分析,同时,还对姊妹交后代分离群体进行施赤霉素处理,调查育性和株高的变化。结果表明：178和478背景下的 F1表现出与测交母本一样的极显著差异;在178和478核背景下的 F2中,不育株株高极显著矮于可育株,两核背景下的不育株间株高差异不显著,而可育株间株高差异极显著;F2中纯合和杂合可育株的株高差异不显著;姊妹交后代分离群体中不育株株高、雄穗长度、节间数和节间长度极显著小于可育株;外施赤霉素的不育株在苗期表现出对赤霉素一定的敏感性,但株高最终未恢复正常高度。因此,得出该突变体矮化表现稳定,与不育性状并存,且不受细胞核背景的影响;核不育基因对植株株高的矮化无剂量效应;突变体的矮化与雄穗长度、节间数和节间长度有关;突变体不完全属于赤霉素不敏感型,其矮化并不是单一缺乏赤霉素而引起。该研究结果为认识太空诱变玉米核不育突变体矮化的遗传和生理机制提供了参考。     

能源植物小桐子赤霉素合成代谢及信号转导相关基因的鉴定及序列分析

赤霉素(gibberellin,GA)是一类非常重要的植物激素,在植物种子萌发、茎干伸长、叶片生长、腺毛发育、花粉成熟、开花诱导和果实成熟等生长发育过程中都发挥着重要的作用。GA在一年生草本植物中可以促进开花,而在大多数多年生木本植物中则抑制成花诱导。为了更好地研究赤霉素在木本油料能源植物小桐子(Jatropha curcas)开花调控方面的作用机理,我们对小桐子整个基因组中参与GA合成代谢和信号转导的全部基因进行了鉴定和序列分析。这些基因包括6个多基因家族编码的蛋白,即GA2氧化酶(GA2-oxidase,GA2ox)、GA3氧化酶(GA3-oxidase,GA3ox)、GA20氧化酶(GA20-oxidase,GA20ox)、GID1(GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1)、DELLAs和F-box蛋白,以及2个单基因编码的蛋白,EL1(EARLY FLOWERING1)和SPY(SPINDLY)。采用拟南芥和水稻中已经鉴定的上述基因编码的蛋白序列在小桐子基因组序列数据库和本实验的小桐子转录组数据库中进行BLASTP分析,找到17个同源蛋白的全长序列,并将其与28个拟南芥的、16个水稻的、24个葡萄的和22个蓖麻的同源蛋白构建系统发育树进行比对分析。结果表明,小桐子中参与赤霉素合成代谢及信号转导的大多数基因与蓖麻和葡萄同源基因的相似度更高。