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油菜素甾醇(Brassinosteroids，BRs)是一类重要的植物激素，在植物的生长发育过程中起着重要的调节作用。BR的信号转导研究在双子叶植物拟南芥中已取得重大进展，但在单子叶植物水稻中，BR的信号转导途径还不是很清楚，因此运用分子遗传学手段鉴定水稻中BR信号途径的新组分以完善水稻信号转导途径显得尤为重要。BR在水稻中最明显的一个生理反应是可促进叶夹角的增大，水稻的叶倾角常被作为衡量BRs含量或信号强弱的一个指标。因此在本项研究中，我们以大叶夹角作为一个重要的生理指标筛选水稻T-DNA插入突变体库，并对其中的一个叶夹角增大突变体ili1-D(increased leaf inclination1-dominant)进行了深入细致的分析。
在本研究中首先对叶夹角增大突变体ili1-D进行了表型鉴定及分子背景分析。ili1-D的叶夹角无论在营养生长时期还是在生殖生长时期都比野生型的叶夹角大，但突变体其它器官的发育没有受到明显影响；扫描电镜分析显示ili1-D叶夹角近轴面的细胞发育异常，与BR处理后水稻叶夹角近轴面细胞相似；叶夹角倾斜实验及胚芽鞘伸长实验表明ili1-D与野生型相比对BR更加敏感；此外ili1-D突变体部分影响了对BRs合成基因的反馈调节，这些实验表明ili1-D是一个对BR超敏感的突变体，ili1-D突变体可能影响了BR下游信号途径。Tail-PCR及RT-PCR的结果表明，在ili1-D突变体中，一个T-DNA插到OsILI1的启动子区，导致Os ILI1的表达量升高。在野生型水稻中过量表达Os ILI1可重现ili1-D突变体的表型，而降低i1i1-D突变体中Os ILI1的表达量可将突变体恢复至野生型表型，此外在野生型水稻中抑制Os ILI1的表达量导致转基因植株叶片直立，分蘖集中，这些实验结果表明Os ILI1的表达量与水稻叶夹角的发育相关，直接控制了水稻叶夹角的弯曲。在拟南芥中异位过量表达OsILI1造成转基因植株叶柄及下胚轴伸长，并且对BR的敏感性增加，这些实验结果表明Os ILI1作为一个正调控因子参与了BR介导细胞伸长的过程。
Os ILII编码一个D类HLH转录因子。文献数据表明这类转录因子由于缺乏DNA结合区，不能直接调控基因的表达，只能与其他bHLH转录因子形成异源二聚体来共同调控基因的表达。通过酵母双杂交技术分离到了另外一个与OsILI1互作的bHLH蛋白IBP16(OsILI1-binding bHLHprotein16)。免疫共沉淀结果表明在植物体内OsILI1与IBP16也有相互作用。在水稻中过量表达IBP16使得水稻变得矮小，叶片狭窄直立；在拟南芥中异位过量表达IBP16使得转基因植株矮小，叶柄及下胚轴缩短，对BR的敏感性降低。将拟南芥中OsILI1过表达转基因植株与IBP16过表达转基因植株杂交，杂交后代显示出Os ILI1过表达的表型，表明OsILI1可能通过与IBP16形成异源二聚体抑制IBP16的功能。此外，OsILI1和IBP16的表达对BR的响应正好相反，BR可诱导OsILI1的表达而抑制IBP16的表达。OsBZR1染色质免疫共沉淀的结果证明IBP16是OsBZR1的靶基因，OsBZR1可直接结合到IBP16的启动子调控IBP16的表达，同时在蛋白水平上OsILI1通过与IBP16相互作用抑制IBP16的生物活性。因此BR通过两个机制有效抑制IBP16进而促进叶片下垂：通过OsBZR1直接抑制IBP16的转录，通过诱导OsILI1在蛋白水平抑制IBP16活性。总之，本论文的研究不但分离到了两个水稻BR信号途径下游的新组分，而且建立了一个新的水稻BR下游基因的调控模式，为控制水稻理想株型提供了理论依据和分子手段。