生长素调控水稻籽粒灌浆的分子机理研究

水稻籽粒灌浆是籽粒发育的重要生理过程，直接影响籽粒的结实率与粒重，最终影响水稻的产量与品质。因此，深入开展生长素调控水稻籽粒灌浆的分子机理，对进一步挖掘水稻产量潜力具有重要的理论与现实意义。在本项目的资助下，获得了以下研究结果：（1）用外源生长素2,4-D、IAA和1-NAA处理水稻幼穗和剑叶，发现三类生长素均显著提高了结实率和单穗产量，但均未能明显提高千粒重。（2）构建了9个生长素合成酶基因YUC和TAA1水稻组织特异性（胚乳、种皮和叶）表达载体（与GUS融合）。（3）对T2代植株GUS染色后，发现OsGluB::OsYUCCA2:GUS和OsGt1::AtYUCCA1:GUS表达载体在不同转基因株系T2代的籽粒胚乳中的特异性表达；GhSCFP::OsYUCCA2:GUS表达载体种皮中有微弱表达，但在花药中却有较强的表达；而rbcs::OsYUCCA2:GUS表达载体在叶组织、花药和根中均有表达。T2代种子经Kan或Hyg抗性培养基筛选，获得杂合和纯合混合的T2转基因植株，在T3代获得纯合株系。（4）对T3代纯合株系的产量性状分析表明，共获得10个高结实率转基因株系，但这些高结实率株系的千粒重没有明显提高，但单株产量有一定提高。对T5代转基因纯合株系产量性状分析表明，结实率和单株产量均有明显提高，但千粒重无显著性差异。这些分析结果表明，生长素能调控籽粒灌浆促进结实率和单株产量，但不影响千粒重。（5）利用生长素反应报告基因DR5:GFP，Confocal分析表明，Gt1-AtYUCCA转基因纯合株系的GFP表达水平明显高于野生型日本晴。利用Real-time PCR分析了水稻灌浆期(开花后15天)，5个生长素响应基因OsIAA的表达水平。结果表明，与非转基因株系NT相比，OsIAA1、6、9、10和30的表达水平均显著上调。（6）将3个叶和胚乳表达载体导入大穗型水稻品种DEP1和杂交水稻恢复系R299。RT-PCR和GUS染色表明，已成功将Atpla::OsYUCCA2:GUS和Gt1::OsYUCCA2:GUS导入DEP1和R299水稻品种中,为后续研究打下基础。 受本项目资助下，已发表相关学术论文12篇。培养研究生7人，正在培养9人。国际或国内学术会议作报告8次，兄弟院校作学术报告4次，承办学术会议2次。 2100433B

水稻籽粒灌浆是籽粒发育的重要过程，直接影响籽粒的结实率与粒重，最终影响水稻的产量与品质。已知外源生长素能促进水稻籽粒灌浆、叶光合作用及其产物分配，提高种子的结实率和千粒重，因此，深入开展生长素调控水稻籽粒灌浆的分子机理，对进一步挖掘水稻产量潜力具有重要的理论与现实意义。本项目在发现生长素生物合成酶基因YUCCA参与水稻籽粒灌浆的基础上，进一步利用胚乳、种皮和叶组织特异性启动子，制备YUCCA在这些组织或器官中特异性表达的转基因株系，筛选高结实率和高千粒重株系。在此基础上，利用水稻基因芯片和RT-PCR技术分析生长素调控籽粒灌浆的下游靶基因和碳代谢关键酶基因的表达模式，测定籽粒IAA、GA和ABA等的含量变化，鉴定灌浆期籽粒的耐逆性，揭示生长素调控水稻籽粒灌浆的分子基础；并将此高产性状转育到灌浆不良但有生产潜力的水稻品种（两优培九超级稻或dep1突变体）中，以进一步提高这些品种的产量与品质。

以被子植物杨树、裸子植物杉木为模式树种，以模式植物拟南芥为参照，综合运用细胞生物学、基因组学、分子生物学，正反向遗传学等现代实验技术手段，从建立维管形成层发育和分化的细胞和分子生物学时空动态精细模式入手，解决木材形成的细胞和分子生物学机理的研究试验技术瓶颈；通过WUS和CLV研究的差异表达研究研究杨树和杉木形成层发育的干细胞调控机理；研究木材早期发育的激素类信号因子AUX/IAA基因，GAs类，油菜素内脂基因BRs家族等激素信号分子的调控机制，揭示木质部早期分化的调控网络；从Expansins基因家族EXP1和EXP2 ，XET，揭示未成熟木质部细胞壁腔体积扩展对木质部次生生长过程中生物质品质累积的影响（优质）；同源克隆上述研究中的基因并进行遗传转化，进行木材生物质育种体系杨树和杉木木材生物质组分定向育种和转基因定向遗传修饰。