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《中国农业科学院》 2017年
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OsEIL1调控水稻生长素生物合成和初生根的生长

秦华  
【摘要】:水稻是世界上重要的单子叶粮食作物,作为半水生作物,与双子叶植物拟南芥存在诸多方面的差异。在拟南芥中,乙烯和生长素协同调控根的生长与发育,然而,它们在调控水稻初生根生长与发育中的相互作用还不清楚。本研究中,我们利用YUC活性抑制剂yucasin抑制YUC的功能发现乙烯抑制水稻初生根的伸长生长依赖于YUC的活性,在存在yucasin的条件下,乙烯对水稻初生根伸长生长的抑制作用明显受到抑制,为了研究YUC在乙烯抑制水稻初生根伸长生长中的作用,我们对本实验室的水稻突变体库进行筛选,从中找到了一系列初生根对乙烯不敏感或敏感性降低的突变体。对其中一份突变体rein7进行研究,通过图位克隆的方法确定了REIN7编码YUC家族的一个成员REIN7/YUC8,rein7突变体的初生根表现出对乙烯不敏感的表型,其叶片变窄并且向上卷曲,耐盐性较野生型显著提高,过表达REIN7/YUC8增强了初生根对乙烯的敏感性,表明REIN7/YUC8在乙烯抑制水稻初生根的伸长生长中发挥重要作用。REIN7/YUC8过表达植株在正常生长条件下初生根要短于野生型,而用TAA1/TAR活性抑制剂kynurenine处理能够恢复REIN7/YUC8过表达植株短初生根的表型,表明REIN7/YUC8与TAA1/TARs位于同一条途径,并且位于TAA1/TARs的下游。在拟南芥yuc1-1突变体背景下过表达REIN7/YUC8,转基因植株表现出生长素过量的表型,而过表达C端缺失47个氨基酸的REIN7/YUC8的植株虽然也有生长素过量的表型,但表型要明显弱于过表达REIN7/YUC8全长的植株,表明REIN7/YUC8参与了植物体内生长素的合成,其C端的47个氨基酸对其功能的发挥具有重要作用。体外酶活测定发现REIN7/YUC8能够催化吲哚-3-丙酮酸(IPA)转变为吲哚-3-乙酸(IAA),不能催化色胺(TAM)的转变,C端缺失47个氨基酸的REIN7/YUC8的酶活性显著降低,表明REIN7/YUC8通过IPA途径来调控水稻生长素的合成,并且其C端的47个氨基酸对其酶活性的发挥起重要作用,C端47个氨基酸的缺失导致REIN7/YUC8酶活性的降低,进而影响了初生根中生长素的积累,导致初生根表现出对乙烯不敏感的表型。外源添加低浓度的IAA则可以恢复rein7突变体初生根对乙烯的响应,进一步的研究发现乙烯能够促进生长素在初生根中的积累,而且这一过程需要REIN7/YUC8的参与。REIN7/YUC8转录水平受乙烯的诱导,而在oseil1突变体中乙烯对REIN7/YUC8的诱导作用则受到抑制,表明乙烯诱导REIN7/YUC8的表达依赖于OsEIL1。进一步的研究发现OsEIL1能够直接结合到REIN7/YUC8的启动子上来激活REIN7/YUC8的表达,在oseil1突变体背景下过表达REIN7/YUC8能够部分恢复oseil1初生根对乙烯不敏感的表型,在OsEIL1过表达材料中突变REIN7/YUC8也在一定程度上废除了OsEIL1过表达植株初生根对乙烯的响应,而外源施加低浓度的IAA也能在一定程度上恢复oseil1初生根对乙烯的响应,表明乙烯抑制水稻初生根的伸长生长部分依赖于REIN7/YUC8介导的生长素合成途径,REIN7/YUC8介导的生长素合成途径位于乙烯信号途径的下游来调控水稻初生根的伸长生长,并且水稻中可能存在不依赖于OsEIL1的途径来与生长素协同调控水稻初生根的伸长生长。总而言之,我们的研究表明,REIN7/YUC8作为OsEIL1下游靶基因,通过调控水稻初生根中生长素的合成来参与乙烯抑制初生根的伸长生长这一过程,为乙烯和生长素协同调控水稻幼苗初生根的伸长生长建立了一个模型,加深了我们对水稻乙烯信号途径的认识。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S511

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相关机构
>中国农业科学院
>西北农林科技大学
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