抽穗期基因Ghd7通过调控赤霉素与脱落酸的动态平衡影响水稻种子发芽速率

【作者】 胡勇； 宋颂； 翁小煜； 游艾青； 邢永忠；

【机构】 湖北省农业科学院粮食作物研究所粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室； 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室国家植物基因研究中心(武汉)；

【摘要】 【研究背景】植物种子可以通过休眠的方式适应不利的环境。而水稻种子的休眠特性在驯化过程中被大幅度弱化,以获得合适的种子发芽速率,保证秧苗状态的一致性,适应现代化的农业生产。所以对水稻种子的萌发速率机制的研究具有重要意义。【材料与方法】在本研究中,我们以ghd7突变体为材料,从种子发育过程中激素的动态变化入手,接合激素合成与代谢相关基因的转录水平分析,研究了抽穗期基因Ghd7在水稻种子发芽速率中的功能。【结果与分析】首先,在每年的播种过程中,我们发现ghd7突变体较野生型具有明显的早发芽的表型。通过外源施加不同植物激素处理发现,与野生型相比ghd7突变体种子表现出对外源施加脱落酸ABA的处理敏感性降低,同时还发现它对赤霉素GA3的处理不敏感。进一步的研究表明,在刚成熟的ghd7种子中,ABA的积累比野生型低。通过对成熟过程中不同时期的种子中ABA合成途径关键基因进行转录水平分析发现,编码环氧类胡萝卜素双加氧酶的Os NCED基因家族成员,如:OsNCED3, Os NCED4和Os NCED5,在一个或多个发育时期受到Ghd7的上调表达。在种子浸水过程中,ghd7突变体与野生型的ABA含量均逐渐降低,但野生型的ABA含量在浸水初期显著高于ghd7突变体,但随着时间的延长,两者的ABA含量逐渐趋于相近的水平。通过检测ABA代谢关键基因Os ABA8ox1-3的表达水平发现,在部分时间点它们的表达在ghd7突变体中更低。通过检测另外一个调控种子萌发的关键激素赤霉素发现,浸水后的ghd7突变体种子中的GA合成相关基因,如:KO2, KAO, GA20ox1和GA20ox2多个基因的表达均较野生型显著上调。而赤霉素代谢相关基因OsGA2ox1-3除个别时间点外,主要呈现出ghd7突变体表达水平较野生型显著降低的趋势。与之相符的是,ghd7突变体的活性GA3的含量显著高于野生型。【结论】所以Ghd7在种子发育和浸水等不同时期,通过调控脱落酸和赤霉素的动态平衡,影响种子的萌发速率。更多还原