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.     

水稻ES1参与生物钟基因表达调控以及逆境胁迫响应

生物钟参与调控植物所有的生长阶段和发育活动。维持植物生物钟稳定的基因在这一过程中起着决定性作用。在克隆了ES1 (EARLY SENESCENCE 1)基因并证明该基因影响水稻(Oryza sativa)叶片失水的基础上, 以前期分离得到的水稻突变体es1-1作为研究对象, 对es1-1及其野生型(日本晴)苗期的地上部分和地下部分进行基因芯片分析。结果表明, es1-1主要的上调基因有42个, 下调基因有14个, 这些差异基因涉及24种代谢途径, 包括调节水稻生物钟的途径(4个)、甲烷代谢途径(3个)和苯基丙氨酸代谢途径(3个)等。进一步对水稻生物钟相关基因进行表达图谱分析, 结果表明, 与野生型相比, es1-1中生物钟相关基因出现了不同程度的差异表达。对es1-1和野生型进行冷胁迫处理, 结果表明es1-1表现更加耐冷, 且冷处理后生物钟基因在日本晴(NPB)和es1-1中都表现出不同程度的差异表达。此外, 在分蘖盛期接种白叶枯菌, 发现es1-1对特定的白叶枯菌具有一定的抗性。由此推测ES1基因参与调控水稻生物钟基因的表达以及响应水稻部分逆境胁迫, 这为更深入研究水稻生物钟基因提供了新线索。     

水稻叶片早衰成因及分子机理研究进展

植物叶片衰老是叶片发育的最终阶段,也是植物在长期进化过程中形成的适应性机制。水稻(Oryza sativa)叶片的衰老对其产量和品质影响极大,相关研究主要集中在早衰。该文综述了水稻早衰及其调控基因的研究进展,尤其对水稻叶片早衰的形成原因、发生过程、生理变化及防治措施进行了阐述,以期为深入解析水稻早衰的分子机制奠定理论基础,同时为水稻育种提供参考。