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OsIAAGLU调控水稻株型的机理分析

喻小鲁  
【摘要】:水稻的株型是一个重要的农艺性状,主要包括叶夹角、植株高度、分蘖数目/角度等。已有报道表明水稻体内内源生长素的平衡对于水稻株型的调控具有重要作用。前期我们得到了一个OsOxO2的T-DNA插入突变体(oxo2),T-DNA插入导致OsIAAGLU、OsOxO1、OsOxO2和OsOxO3表达明显提高,使植株呈现出矮化、分蘖数增加、旗叶叶夹角增大等表型,而且过表达OsIAAGLU水稻转基因植株中的一些个体也呈现出与突变体相似的表型。本论文对OsIAAGLU调控水稻株型的机理进行了分析,所得结果主要如下:(1)过量表达OsIAAGLU使水稻植株矮化、叶夹角增大过表达OsIAAGLU的3号株系IAAGLUOE3的表型共分离实验显示:7株过表达OsIAAGLU阳性植株的表型与oxo2突变体的表型相同,均呈现出株高变矮,旗叶叶夹角增大等表型;而4株分离野生型的表型与野生型的无明显差异。将过量表达OsIAAGLU的3号和5号株系种植多代后,得到了纯合子。在五叶期,IAAGLUOE3和IAAGLUOE5叶片中OsIAAGLU的表达明显提高,表型与oxo2突变体的相似。(2)oxo2突变体中Os IAAGLU的突变使其株型得到恢复成功筛选到在野生型和突变体oxo2中不含外源基因但OsIAAGLU已突变的转基因纯合株系,利用western blotting在上述OsIAAGLU突变株系的叶片中未杂到靶蛋白。野生型中OsIAAGLU定点打靶转基因植株iaaglu的株高略高于野生型,而叶夹角则略小于野生型。与突变体oxo2相比,突变体中OsIAAGLU定点打靶转基因植株iaaglu/oxo2的表型得到了恢复,与野生型的表型基本一致。(3)oxo2突变体中Ox O表达下调未改变突变体株型以oxo2突变体作为母本,OsOxOs的干涉植株(OsOxOsRi6)作为父本进行杂交,获得在突变体oxo2中OsOxOs表达下调的水稻植株。与母本oxo2相比,8棵杂交植株叶片中的OxO酶活性均明显降低,OsOxO2的含量也明显降低,但oxo2×OsOxOsRi6的杂交植株叶片中OsIAAGLU的表达与突变体相比无明显变化,但在抽穗期时,杂交植株的表型与突变体oxo2的几乎一样,表现为矮化、旗叶叶夹角增大等生长素缺乏的表型。因此,oxo2突变体株型的改变是由OsIAAGLU表达上调引起的。(4)水稻OsIAAGLU通过调控植株内源生长素稳态调控株型水稻原生质体OsIAAGLU融合GFP蛋白瞬时表达实验结果表明Os IAAGLU定位在细胞质中。外施生长素IAA(吲哚-3-乙酸)和NAA(α-萘乙酸)短时处理野生型DJ幼苗后,OsIAAGLU的表达明显提高。与野生型相比,OsIAAGLU过表达植株根的向地性明显减弱,对NAA极其不敏感,oxo2突变体对NAA相对不敏感,而OsIAAGLU功能缺失突变体对NAA更敏感,但上述株系对2,4-D(2,4-二氯苯氧乙酸)的敏感度与野生型无明显差异。HPLC法测量游离生长素含量结果表明,OsIAAGLU过表达植株旗叶叶片中的生长素含量低于野生型的,pDR5:GUS法分析表明过表达OsIAAGLU株系IAAGLUOE3叶枕中的生长素含量也明显低于野生型。生长素响应基因OsIAA14和OsGH3-2在OsIAAGLU过表达株系中的表达均下调,而在iaaglu突变体中,两者的表达均上调。上述结果说明,Os IAAGLU通过干扰生长素稳态来调控水稻株型。


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