赤霉素对莲株型影响及其相关基因克隆与时空表达分析

【摘要】：莲属于莲科莲属重要的水生观赏植物,是中国十大名花中唯一的水生花卉,其丰富的花色,优美的花型深受人们的喜爱。适于深水种植的大株型莲,对于湿地生态修复具有重要意义,而小株型碗莲具有很高的商业化价值。本研究以小株型莲‘恋夏’为实验材料,对其进行赤霉素、多效唑和清水对照三种处理,测量统计立叶叶柄的高度并对叶柄做石蜡切片分析;对赤霉素合成下游的两个基因GA20ox和GA2ox进行克隆,并将GA2ox转入模式植物拟南芥中进行表型观测;实时荧光定量PCR分析赤霉素合成相关基因在三个处理中不同时期表达量的变化情况。得到的主要结果如下:1.不同处理莲表皮细胞在不同时期的大小明显不同:相对于清水对照处理,赤霉素处理细胞伸长,而多效唑处理细胞缩短,细胞数目没有明显的增减,初步判断莲株高的增加主要是细胞的伸长而不是细胞的分裂所致,莲的株高变化可能与赤霉素相关;2.克隆赤霉素合成下游基因GA20ox和GA2ox,分别将其命名为Nn GA2ox1和Nn GA20ox1。这两个基因编码的蛋白都具有典型的2-酮戊二酸依赖性双加氧酶典型结构,初步验证了它们是赤霉素合成相关基因。Nn GA2ox1基因开放阅读框1026 bp,由341个氨基酸构成;Nn GA20ox1基因开放阅读框1143 bp,由380个氨基酸构成。构建了超表达载体p CAMBIA2300-GA2ox1,导入农杆菌GV3101,用花序侵染法转入拟南芥中,获得转基因植株15株。3.利用q PCR技术,分别检测了赤霉素合成关键基因GA2ox、GA3ox、GA20ox、KAO、KO五个基因在莲叶柄和叶片不同发育时期的表达情况,结果显示在叶柄中,五个基因在赤霉素处理初期大多表现为下调,在生长中期表达量最高,而多效唑处理则完全相反;在叶片中,五个基因的表达量基本都在生长末期急剧上升。推测从生长初期到生长旺期在莲叶柄中存在赤霉素的前馈及反馈调节机制,株高可能与赤霉素合成基因表达量相关;莲叶片生长与叶柄生长有极大的不同,初期莲纵向伸长,到后期莲快速横向生长,形成莲叶的最终形态,与赤霉素合成基因在后期表达升高相吻合。