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内源茉莉酸(JA)在水稻颖花开放中的作用

何永明  
【摘要】:水稻颖花开放是一高度协调的发育过程,包括内外稃的张开、花丝伸长和花药开裂,受到遗传因素和环境因素(天气和人工处理等)的影响。颖花开放调控机制的研究有助于解决水稻开花期高温引起的颖花不育以及杂交水稻制种中经常出现的父母本花时不遇的问题。已知外源施用茉莉酸甲酯(MeJA)或茉莉酸(JA)强烈诱导水稻、小麦、高粱和黑麦草等多种禾本科植物颖花的开放,但是内源JA是否参与水稻颖花开放的调控目前还不清楚。为揭示内源JA在水稻颖花开放中的作用,本研究应用液相色谱-串联质谱系统(HPLC-MS/MS)和实时定量RT-PCR技术(Real-time RT-PCR),检测了粳稻武运粳7号和籼稻明恢63颖花开放前后JA水平及其相关基因表达的变化,并通过水稻转基因方法,探讨了JA生物合成基因OsAOs1和OsOPR7的超量表达或RNAi抑制表达对水稻颖花开放的影响。主要研究结果如下: (1)水稻成熟颖花JA水平在上午开颖前较平稳,开颖时急剧上升至峰值,闭颖后随即下降。颖花开放时的JA水平比开放前1h提高了4~5倍。 (2)颖花开放过程中JA水平的变化进一步得到了分子基础的支持,JA生物合成途径关键催化酶的编码基因OsDAD1-3、OsLOX-RCI1、OsAOS1、OssAOC和OsOPR7的表达在开颖时会有不同程度的上调,闭颖后又下调。 (3)在阴雨天不开花的条件下,成熟颖花当天JA水平及其合成基因的表达较平稳,不会有峰的出现。 (4)同一稻穗上正在开放的颖花JA水平及其合成基因的表达也比已开花和未开花的颖花高。 (5)通过检测开花前后颖花内各器官JA生物合成基因的表达变化,发现颖花开放过程中大幅增加的JA主要来源于雄蕊和浆片的合成。 (6)JA信号转导途径相关基因OsJAR1、OsCOI1的表达水平在颖花开放过程不随JA生物合成的增加而上升,推测颖花开放过程中JA信号的调控位点不发生在JA信号转导途径上。 (7)使用农杆菌介导的转化方法,获得了JA生物合成基因OsAOS1超量表达(AOS1OE)和RNAi抑制表达(AOS1Ri)转基因植株、以及OsOPR7超量表达(OPR70E)和RNAi抑制表达(OPR7Ri)转基因植株。经表达量检测证实,AOS1OE、OPR70E植株叶片和颖花器官中oSAOS1、OsOPR7的表达水平显著提高,AOS1Ri、OPR7Ri植株叶片和颖花器官中OsAOS1、OSOPR7的表达水平大幅下降。 (8)田间条件下AOS1OE、AOS1Ri、OPR7OE、OPR7Ri植株的颖花器官发育正常,颖花开放时间与野生型对照没有差异,它们的开花高峰时间都在上午11:50左右。 (9)AOS1OE和OPR7OE两个超表达株系的颖花JA水平在开颖前和开颖时都与野生型相比无差异。AOS1Ri和OPR7Ri两个抑制表达株系的颖花JA水平在开颖前与野生型相比也无差异,虽然开颖时不及野生型的50%,但比自身开颖前已有显著增加。结果表明,超量表达OsAOS1和OsOPR7没有增加植株体内基础JA水平,RNAi抑制OsAOS1和OsOPR7的表达也只是部分阻碍了植株体内JA的生物合成,没有达到有效调控植株体内JA水平的目的,这也就合理解释了转基因植株颖花开放时间为什么与野生型无差异。 本研究首次揭示水稻成熟颖花JA水平及其生物合成相关基因表达的变化与颖花开放过程相关,从而为内源JA参与水稻颖花开放的调控提供了有力的证据。


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