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《中国农业科学院》 2019年
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磷素影响水稻株型的分子生理机制研究

阮文渊  
【摘要】:叶片直立性是水稻的关键性状之一,直立型叶片有利于密植进而增产。已有研究表明,很多因素都能影响水稻叶片的直立性,例如外界环境、植物激素等。然而,外界养分状况,特别是磷素状况如何影响水稻叶片的直立性仍然不清楚。磷素是植物生长发育所必须的重要营养元素,其在农业生产中对作物的丰产起着决定性作用。磷素匮乏时,水稻植株的主要农艺形状表现为分蘖显著减少,植株叶夹角变小(俗称'一炷香'),从而导致稻米产量锐减。因此,本文旨在深入研究磷素影响水稻叶片直立性的分子生理机制,以期为通过分子育种培育磷高效可密植的水稻提供理论依据。本文的主要结论是:(1)长期低磷胁迫同时抑制叶枕部位近轴端和远轴端的细胞伸长,从而导致叶枕区域变小,减少了叶柄与叶鞘之间的相对位移,最终导致叶片直立,株型紧凑。(2)磷信号关键负调控因子SPX1和SPX2参与水稻叶夹角的调控;spx1spx2突变体叶枕处的细胞比野生型显著伸长;与之相反,增强表达SPX1与SPX2,都会导致叶枕处细胞变小,叶枕缩短,进而导致水稻叶夹角变小。(3)利用酵母双杂交的方法,筛选到SPX1的互作蛋白RLI1,RLI1编码一个含HTH_MYB-Like结构域的转录因子。(4)RLI1正调控水稻叶夹角,突变导致叶枕细胞变小,叶枕缩短,叶片变直立;增强表达则导致叶枕细胞变长,叶枕整体伸长,叶夹角变大。(5)RLI1识别R1BS(RLI1 Binding Sequence,NAKATNCN)基序,直接结合细胞伸长调控因子BU1和BC1的启动子,调控BU1和BC1的转录,进而调控细胞伸长。(6)SPXU/2与RLI1遗传上相互作用,RLIR位于SPX1/2下游;rli1突变能抑制spx1spx2叶夹角增大的表型,与之相对应的是SPX1-OE能抑制RLI1-OE叶夹角增大的表型。(7)SPX1/2与RLI1的转录水平与外界磷素变化密切相关,低磷胁迫显著抑制RLI1在叶夹角处的表达,相反显著诱导SPX1/2的表达。(8)突变体rli1叶夹角的变化对低磷胁迫不敏感;与之一致,SPX1-OE和spx1spx2rli1对低磷胁迫的敏感度也都显著下降。另外,低磷胁迫能抑制spx1spx和RLI1-OE叶夹角增大的表型。这些结果说明,低磷胁迫通过抑制RLI1的功能来调节叶夹角。(9)揭示了低磷胁迫通过SPX1-RLI1-BU1/BC1调控水稻叶夹角的分子生理机制,为分子设计磷高效耐密植的水稻种质提供理论依据。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士后
【学位授予年份】:2019
【分类号】:S511

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