转录因子OsMADS57调控赤霉素代谢和水稻株高的研究

作     者：楚延利 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄俊丽

授予年度：2019年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：OsMADS57 株高 节间伸长 GA 水稻 

摘      要：水稻是主要的粮食作物,也是重要的单子叶模式植物。株高是决定产量的重要农艺性状之一。目前许多矮秆、半矮秆基因以及参与株高发育调控的转录因子已被挖掘,但其具体的作用机制并不十分清楚。MADS-box家族蛋白是植物中重要的转录因子。除调节花器官的发育,MADS-box转录因子还调节植物营养器官根、茎、叶的发育及对逆境的响应。OsMADS57是水稻MADS-box基因家族中的一员,主要在叶中表达且调控水稻的腋芽生长与冷防御,然而其在水稻株高发育中的功能尚未见报道。因此深入研究该基因在水稻株高发育中的功能及其调控机制,可为丰富MADS-box基因家族的功能提供科学依据。本研究以水稻T-DNA插入突变体osmads57为实验材料,研究了OsMADS57在水稻株高发育中的生物学功能及其作用的分子机制。主要研究工作如下:(1)osmads57突变体植株表现出半矮化及最上面节间伸长受阻的现象。无论在幼苗期还是成熟期,突变体植株都表现出半矮化表型;成熟期突变体植株的最上面节间显著缩短,且出现严重包穗的表型;突变体植株最上面节间的细胞长度显著变短;此外突变体还表现出开花延迟、结实率下降及种子萌发率低等表型。(2)osmads57突变体植株对赤霉酸(GA)的敏感性增强。在GA处理下,与野生型相比,突变体植株对GA的敏感性增强;OsMADS57基因的转录受GA合成抑制剂多效唑(PAC)诱导,但受GA抑制。(3)osmads57突变体植株中积累的GA水平较低。与野生型相比,突变体植株中的GA含量明显减少;此外OsMADS57影响赤霉素(GA)代谢相关基因的表达,突变体植株中GA生物合成基因的转录水平下调。(4)OsMADS57蛋白通过结合GA降解酶基因OsGA2ox3和EUI1的启动子序列直接调节OsGA2ox3和EUI1的表达。萤光素酶(LUC)活性分析实验表明,与对照组相比,当OsGA2ox3:LUC或EUI1:LUC与35S:OsMADS57共转化水稻原生质体时,LUC活性受到抑制,表明OsMADS57蛋白可以抑制OsGA2ox3和EUI1的表达。凝胶迁移阻滞试验(EMSA)表明OsMADS57蛋白结合OsGA2ox3和EUI1的启动子序列,从而直接调节OsGA2ox3和EUI1的基因表达。(5)OsMADS57影响株高发育相关基因的表达。RNA sequencing(RNA-seq)和荧光定量PCR(Q-PCR)分析结果表明,突变体植株中多个膨胀素基因的转录水平下调,并且与株高发育相关基因的转录水平也发生明显变化。以上结果表明:OsMADS57调控GA代谢相关基因的表达,从而影响GA含量及水稻株高的发育。本研究不仅在理论上阐明了OsMADS57调节水稻株高发育的分子机制,在实践上还可以为理想株型的培育提供理论指导。