论文部分内容阅读
水稻（Oryza sativa L.）是世界上重要的粮食作物之一。目前,世界范围内直播稻面积不断增大,且直播稻具有省工省力节约成本等优点。但是,水稻浅直播易倒伏,而深直播出苗难,限制着直播稻的发展。中胚轴是单子叶植物位于盾状体着生处与胚芽鞘节之间特有的器官,中胚轴伸长生长能够在深直播条件下将幼苗送出地表,促进水稻深直播出苗。因此,可以通过培育长中胚轴水稻品种来改善深直播水稻出苗难的问题。本课题组前期研究表明,在水稻中胚轴伸长生长过程中,植物激素茉莉素（Jasmonate）和赤霉素（Gibberellin,GA）具有重要的调控作用,而且这两种激素之间存在相互作用,但二者相互作用机制尚不清楚。已知转录因子OsMYC2正调控水稻茉莉素信号转导,然而,OsMYC2在茉莉素与赤霉素互作调控水稻中胚轴伸长生长过程的调控作用及其机制尚不清楚。本课题探究了OsMYC2在茉莉素与赤霉素互作调控水稻中胚轴伸长生长过程中的作用机制,主要研究结果如下:1.赤霉素促进中胚轴伸长生长,茉莉素抑制中胚轴伸长生长。本研究分析了黑暗条件下外源GA3（Gibberellin A3,一种活性赤霉素）和JA（Jasmonic acid,一种茉莉素）处理对野生型水稻东津（Dongjin,DJ）中胚轴伸长生长的影响,结果表明赤霉素和茉莉素分别以浓度依赖的方式促进和抑制中胚轴伸长生长。2.茉莉素可能通过降低活性赤霉素含量,进而抑制水稻中胚轴伸长生长。本研究分析了黑暗条件下茉莉素对水稻中胚轴GA代谢相关基因表达、GA含量的影响。结果表明,外源JA处理抑制中胚轴中GA合成基因的表达、促进GA钝化基因的表达,进而降低中胚轴中活性赤霉素GA1、GA3的含量,降低中胚轴长度;而外源JA合成抑制剂Ibuprofen（IBU）处理促进中胚轴中GA合成基因的表达、抑制GA钝化基因的表达,进而增加中胚轴中活性赤霉素GA1、GA3的含量,增加中胚轴长度。以上结果表明,茉莉素可能通过抑制赤霉素合成基因表达并促进赤霉素钝化基因表达来降低活性赤霉素含量,进而抑制水稻中胚轴伸长生长。3.茉莉素通过其信号元件OsMYC2调控赤霉素代谢基因表达来降低活性赤霉素含量,进而抑制水稻中胚轴伸长生长。本研究以野生型DJ,过表达系OsMYC2-OE和RNA干扰表达系OsMYC2-RNAi作为实验材料,比较分析了黑暗条件下供试水稻OsMYC2基因表达水平、中胚轴长度、中胚轴快速伸长生长期GA代谢基因表达水平、GA含量的差异。结果表明,中胚轴长度与OsMYC2基因表达水平呈负相关。而且,与野生型DJ相比,OsMYC2-OE中胚轴中GA合成基因表达降低,GA钝化基因表达增强,活性GA含量降低;而OsMYC2-RNAi则相反。另外,外源GA处理能够增加OsMYC2-OE中胚轴中GA含量和中胚轴长度,外源PP333（赤霉素合成抑制剂）处理能够降低OsMYC2-RNAi中胚轴中GA含量和中胚轴长度。利用酵母单杂交和双荧光素酶活实验进一步证明了OsMYC2能够通过与赤霉素代谢基因启动子结合进而抑制GA合成基因OsKO1、OsGA20ox1的表达,促进GA钝化基因OsGA2ox5、OsGA2ox6的表达。以上结果表明,茉莉素通过OsMYC2抑制赤霉素合成基因转录并促进赤霉素钝化基因转录,进而降低活性赤霉素含量并抑制水稻中胚轴伸长生长。4.茉莉素通过OsMYC2降低赤霉素含量负调控细胞分裂（Cell division,CD）和细胞伸长（Cell elongation,CE）,进而抑制中胚轴伸长生长。本研究分析了黑暗条件下DJ、OsMYC2-OE、OsMYC2-OE+GA、OsMYC2-RNAi和OsMYC2-RNAi+PP333处理对水稻中胚轴细胞数目和长度以及CD、CE相关基因表达的影响。结果表明,与DJ相比,OsMYC2-OE中胚轴中CD和CE相关基因表达水平下调、细胞数目减少、细胞长度变短;而OsMYC2-RNAi中则相反。另外,外源GA处理能够恢复OsMYC2-OE中胚轴中降低的CD和CE相关基因表达、细胞数目和细胞长度以及中胚轴长度,且外源PP333处理能够恢复OsMYC2-RNAi中胚轴中增加的CD和CE相关基因表达、细胞数目和细胞长度以及中胚轴长度。结果表明茉莉素通过OsMYC2降低赤霉素含量抑制CD和CE,进而抑制中胚轴伸长生长。5.降低OsMYC2的表达可促进水稻中胚轴伸长生长、提高水稻直播出苗率。本研究以DJ、OsMYC2-OE、OsMYC2-RNAi作为实验材料,分析了在深覆土条件下OsMYC2对水稻中胚轴伸长生长和直播出苗的影响。结果表明,与DJ相比,OsMYC2-OE的中胚轴长度和出苗率显著降低,而OsMYC2-RNAi的中胚轴长度和出苗率显著增加。该研究结果表明降低OsMYC2的表达可促进水稻中胚轴伸长生长、提高水稻深直播出苗率。综上所述,茉莉素通过OsMYC2抑制赤霉素合成基因转录并促进赤霉素钝化基因转录来降低活性赤霉素含量,进而通过抑制中胚轴CD和CE来抑制中胚轴伸长生长。降低OsMYC2的表达可以促进中胚轴伸长生长来提高水稻深直播出苗率。