水稻LAA1基因调控叶倾角的分子机理研究

• 作 者: 高秀清
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 水稻 LAA1基因 叶倾角 细胞伸长 分子机理

叶倾角是作物株型的一个方面，也是重要的农艺性状。叶倾角的大小影响植株的光合效率和灌浆期的氮素储存进而直接影响产量，在生产上小的叶夹角可以满足作物密植的需要。叶倾角的大小主要是由叶枕近轴面和远轴面的细胞分裂和细胞扩展决定的。虽然近年来鉴定了一些叶角调控基因，但叶倾角变化的分子机制并不是很清楚。本论文研究了水稻LAA1(Large leaf Angle1)基因调控叶倾角的遗传和分子机理。　　大叶角突变体laa1-D无论是在苗期还是在成株期均具有比野生型更大的叶倾角，且突变体半矮化。突变体表型是由于LAA1基因的过表达导致的，通过构建LAA1-RNAi载体转化laa1-D突变体，可以使大叶角表型及株高表型得以恢复，表明LAA1是叶倾角的重要调控因子。对叶枕近轴面和远轴面进行扫描电镜观察，发现LAA1基因通过影响近轴面的细胞伸长来调控叶倾角。LAA1基因编码一个WRKY转录因子家族的DNA结合蛋白，在植物的各个组织中均有表达，但表达水平相对较低。为了解LAA1在细胞内的定位，构建了35S:LAA1-GFP载体，转化烟草和水稻原生质体，瞬时表达，共聚焦荧光显微镜观察LAA1-GFP融合蛋白定位情况，结果表明LAA1-GFP在细胞核内表达。通过在叶枕处外源施加活性BR(24-epiBL)，发现laa1-D突变体比野生型中花11对油菜素内酯更为敏感，LAA1基因可能参与油菜素内酯途径。定量PCR检测叶倾角相关基因的表达，发现油菜素内酯和赤霉素途径的交叉基因OsGSR1表达水平在突变体中明显增多，揭示LAA1基因可能与BR合成途径相关。体外的凝胶阻滞实验证实MBP-LAA1融合蛋白可以体外结合GSR1基因的启动子。而利用双荧光素酶检测系统进行的LAA1蛋白的转录活性试验则证实LAA1蛋白在水稻原生质体内具有转录激活活性，同时证实LAA1蛋白可以直接和GSR1基因的启动子结合并激活其表达。初步的遗传学实验也证实了LAA1和GSR1基因作用在同一遗传途径。　　总之，我们的研究发现了LAA1基因是调控叶倾角的重要基因，通过直接结合GSR1基因的启动子，可能促进BR合成，导致叶枕伸长，叶角变大。本研究初步阐明了LAA1调节水稻叶枕发育的细胞学、遗传学和分子基础，为水稻株型育种提供了理论基础。