小麦矮秆突变体DC20株高形成的细胞与分子机制

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小麦高产稳产攸关国家粮食安全,对人民生活水平的改善至关重要。新品种选育是促进小麦持续增产的有效手段之一。株高是重要农艺性状,也是高产育种的重要指标。小麦矮秆突变体DC20是由D6-3(野生型,WT)经高能混合粒子场诱变处理得到的新种质。本研究从田间表型、细胞形态、赤霉素(Gibberellin,GA)敏感性以及内源激素含量差异等角度,结合突变体GA合成代谢相关基因的实时荧光定量和RNA-seq转录组数据分析,探究DC20的矮化机理。主要研究结果如下:  1、与WT相比,突变体DC20的矮化性状主要表现为各节间长度以及节间细胞长度的缩短,且穗下第五节间(基部第一节间)对矮化贡献最大。苗期至孕穗后期叶面喷施GA3和烯效唑,株高及节间细胞长度数据表明DC20为GA敏感型矮秆突变材料。内源激素测定结果也表明,DC20茎秆中活性GA总量和IAA含量均显著低于WT,而ABA含量在二者茎秆中差异不显著。  2、GA合成代谢和效应相关基因的实时荧光定量PCR结果表明,在株高表型差异不显著时期,GA合成代谢相关基因的表达无差异;当株高表型出现显著差异时,被测基因的表达也呈显著差异。GA合成关键基因GA20ox和GA3ox在DC20中的表达量显著低于WT,GA氧化代谢基因GA2ox在DC20中的表达量显著低于WT。外源激素处理植株后,上述基因表达差异呈相同趋势。促进细胞伸长的GDD1基因在DC20中低表达,与细胞长度数据相符。4个与 IAA转运相关的基因(ARF,IAA15,PIL7和SAUR66)在DC20中的表达都显著低于WT。  3、选取株高差异显著的孕穗期茎秆材料进行RNA-seq转录组差异分析,获得2倍差异表达的基因2621个,其中1575个上调,1046下调;得到的与GA合成代谢相关基因差异表达趋势与荧光定量 PCR结果一致。除激素相关基因外,光合作用相关基因在DC20中高表达,硼通道蛋白基因在DC20中低表达,硼的缺失会导致植株表现出矮化、节间细胞缩短且分蘖增加的表型。  4、转录组分析获得在染色体7BS上的26个SNP,是DC20与WT之间SNP分布最集中的区域。同时,有116个定位于7BS的基因在DC20中不表达,部分基因的PCR测序表明该区域存在染色体片段丢失,推测7BS上的染色体片段缺失突变是导致DC20矮化的主要原因。
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