水稻ricecentroradials1(rcn1)基因表达对植物激素aba的响应
水稻作为一种典型的短日照植物，是世界上最重要的粮食作物之一，其开花时间与作物产量有着密切的关系。作为PEBP基因家族的一员，RCN1可以延迟水稻抽穗时间，使花序增多，小穗排列紧密。ABA作为一种重要的植物激素和生长调节剂，介导了高等植物在营养生长阶段对各种外界环境的响应和适应，提高植物的抗逆性。有相关数据表明，ABA对RCN1具有诱导作用。本研究使用外源ABA对野生型粳稻品种武育粳3号进行多种方式的处理，并利用荧光定量PCR以探究ABA调控RCN1的分子途径。结果表明外源ABA对水稻RCN1的表达具有诱导作用，浓度越高诱导效果越强，且该诱导作用依赖于蛋白质的从头合成。RCN1对外源ABA的响应，对于水稻产量的调控具有重要意义。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 3
1.1 试验设计 3
1.2荧光定量测定 3
1.2.1水稻mRNA的提取 3
1.2.2反转录PCR 4
1.2.3荧光定量PCR 4
2 结果与分析 4
2.1 ABA激素处理实验 4
2.2 调控RCN1表达的转录因子的筛选 5
2.3 蛋白质合成抑制实验 6
2.4 干旱模拟实验 8
3 讨论 8
3.1 ABA调控RCN1表达 8
3.2 调控RCN1表达的相关转录因子 8
3.3 RCN1依赖于蛋白质的从头合成 9
3.4 RCN1可能介导了ABA对干旱胁迫的应答 9
致谢 10
参考文献 10
水稻RICE CENTRORADIALS1（RCN1）基因表达对植物激素ABA的响应
引言
植物开花转换是一个受到多种环境因子和基因共同调节和控制的生理过程，标志着植株从营养生长阶段到生殖生长阶段的转变。水稻产量与穗结构密切相关，而穗分化由基因型和环境因子共同调控。
茎顶端分生组织转变为花序分生组织是水稻花序发育的第一步。水稻开花延迟的最典型特征是不能产
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
生或不能及时产生花序分生组织[1]。水稻开花时间主要受光周期途径的调控，包括Early heading date1（Ehd1）和Heading date 1（Hd1）两条调控途径。其中Ehd1主要在短日照条件下诱导FLOWERING LOCUS T（FT） like基因（如Hd3a、RFT1等）的表达，促进水稻开花。Ehd1是水稻中特有的基因，在拟南芥中没有同源基因，因而Ehd1途径可能是水稻独有的开花调控途径[2]；Hd1在短日照条件下诱导FTlike基因的表达，从而促进水稻开花，长日照条件下抑制Hd3a的表达而延迟开花[34]。Ghd7（Grains number，plant height and heading date）是Hd1的同源基因，它也参与了水稻的开花调控。长日照条件下，Ghd7与Hd1的功能具有一定的相似性，即延迟水稻开花，但不同的是两者调控的下游靶基因不一样，前者抑制Ehd1的表达，而后者则是抑制Hd3a的表达。长日照条件下，Ghd7表达增强，抑制Ehd1基因表达，延长了花序分化的周期，最终不仅延迟开花，还导致穗轴增长，二次枝梗和穗粒数增多[5]。水稻成花素家族成员OsDTH10与Hd3a和RFT1在抽穗开花上具有相反的功能，过量表达OsDTH10延迟了水稻抽穗，表明该基因可能涉及光周期调控通路调控水稻的抽穗期[6]。
此外，在水稻中还分离了其他一些与开花相关的基因，如RCN1、RCN2、APO2（Aberrant panicle organization 2）。RCN1、RCN2是拟南芥TERMINAL FLOWER1（TFL1）基因在水稻中的同源基因，在拟南芥中，TFL1基因负责花序分生组织的起始与维持；在营养生长阶段，TFL1表达量较低，抑制植物向生殖生长转变；当进入生殖生长，TFL1表达量升高，以维持花序分生组织的特性[7]。水稻中RCN1、RCN2的超表达也会导致延迟开花。在35S::RCN1和35S::RCN2转基因水稻表现出抽穗时间延迟、花序分枝增多、小穗排列更紧密的表型。仔细观察圆锥花序结构发现，从枝梗分化期到颖花分化期的转变也发生延迟，并分化出更高级枝梗。这些结果表明RCN具有与TFL1类似的功能，即负责水稻花序分生组织的起始及维持[8]。Shuichi Matsuda等研究发现，RCN1编码OsABCG5，此蛋白与必需和非必需矿物质的积累、Na/K比和耐盐性有关[9]。
APO1是位于第6染色体上控制水稻穗粒数的等位基因，主要在顶端组织和侧生组织原基表达，编码产物参与泛素介导的蛋白质水解过程，避免花序分生组织过早地转化为小穗分生组织，是穗粒数的正向调控因子，过量表达可以增加一、二次枝梗及穗粒数[10]。APO2/RFL基因是拟南芥LEAFY（LFY）基因在水稻中的同源基因，调控水稻从营养生长向生殖生长的转变，控制抽穗期以及枝梗发育[1112]。rfl突变体中枝梗分生组织提前凋亡，而lfy突变体花序分生组织向花分生组织的转变延迟。APO2与LFY基因在花序发育过程中功能相反，表明单子叶植物（水稻）和双子叶植物（拟南芥）在调控花序发育的分子机制上存在一定差异[12]。
明确环境因子调控穗发育关键基因的机制有重要意义。由RicePro网站找到5个开花调控基因：OsG1、Hd3a、Hd1、Ghd7、RCN1，其中Hd1、Ghd7和RCN1可受环境调控。RCN1在水稻中过表达后使水稻抽穗延迟、二次枝梗和小穗增多。而RCN基因敲除突变体表现出早花和分枝减少的表型。RCN1、RCN2、RCN3、RCN4在水稻中的功能有冗余作用。
RiceXPro网站数据显示ABA能诱导RCN1表达。ABA参与调节植物对多种外界环境因子改变的响应，在植物生长和发育的过程中，特别是在响应非生物胁迫中起关键作用。ABA作为抗旱诱导的激发机制的一部分抑制了与活跃生长有关的基因，并活化了与抗旱诱导有关的基因，从而增加了植物的抗旱性[13]。有研究发现，一组bZIP转录因子在拟南芥ABA信号转导途径中起重要作用，然而它们在水稻中同源基因的功能还不清楚。系统进化分析表明，该组bZIP转录因子在拟南芥和水稻有一些类似的保守功能[14]，因此其在培育耐旱品种方面可能会有关键的作用。郭贵华等研究表明[15]，ABA能够有效缓解孕穗期干旱胁迫对水稻生理代谢功能的损伤，促进复水后的功能修复，减轻干旱对产量的影响。抗旱性不同的水稻对ABA的响应存在差异性，抗旱性越强的品种，对ABA越敏感，喷施ABA作用越明显。
前期试验发现RCN1参与水稻对干旱、ABA存在响应，这说明RCN1可能介导了环境信号对水稻开花及枝梗发育的调控。本文通过实验验证ABA对RCN1表达具有诱导作用，并探求其调控的分子途径。
1 材料与方法
1.1 试验设计
水培试验：武育粳3号种子浸泡发芽后，选取发芽一致的水稻播种于具有等间距孔洞的96孔板。然后将96孔板放置在泡沫板中间漂浮在矩形塑料培养箱中(35×25×11厘米)。培养箱中始终保持7 L的Yoshida水培液(Yoshida等, 1976)。营养液每四天更换一次并保持pH为5.5。
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摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 3
1.1 试验设计 3
1.2荧光定量测定 3
1.2.1水稻mRNA的提取 3
1.2.2反转录PCR 4
1.2.3荧光定量PCR 4
2 结果与分析 4
2.1 ABA激素处理实验 4
2.2 调控RCN1表达的转录因子的筛选 5
2.3 蛋白质合成抑制实验 6
2.4 干旱模拟实验 8
3 讨论 8
3.1 ABA调控RCN1表达 8
3.2 调控RCN1表达的相关转录因子 8
3.3 RCN1依赖于蛋白质的从头合成 9
3.4 RCN1可能介导了ABA对干旱胁迫的应答 9
致谢 10
参考文献 10
水稻RICE CENTRORADIALS1（RCN1）基因表达对植物激素ABA的响应
引言
植物开花转换是一个受到多种环境因子和基因共同调节和控制的生理过程，标志着植株从营养生长阶段到生殖生长阶段的转变。水稻产量与穗结构密切相关，而穗分化由基因型和环境因子共同调控。
茎顶端分生组织转变为花序分生组织是水稻花序发育的第一步。水稻开花延迟的最典型特征是不能产
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
生或不能及时产生花序分生组织[1]。水稻开花时间主要受光周期途径的调控，包括Early heading date1（Ehd1）和Heading date 1（Hd1）两条调控途径。其中Ehd1主要在短日照条件下诱导FLOWERING LOCUS T（FT） like基因（如Hd3a、RFT1等）的表达，促进水稻开花。Ehd1是水稻中特有的基因，在拟南芥中没有同源基因，因而Ehd1途径可能是水稻独有的开花调控途径[2]；Hd1在短日照条件下诱导FTlike基因的表达，从而促进水稻开花，长日照条件下抑制Hd3a的表达而延迟开花[34]。Ghd7（Grains number，plant height and heading date）是Hd1的同源基因，它也参与了水稻的开花调控。长日照条件下，Ghd7与Hd1的功能具有一定的相似性，即延迟水稻开花，但不同的是两者调控的下游靶基因不一样，前者抑制Ehd1的表达，而后者则是抑制Hd3a的表达。长日照条件下，Ghd7表达增强，抑制Ehd1基因表达，延长了花序分化的周期，最终不仅延迟开花，还导致穗轴增长，二次枝梗和穗粒数增多[5]。水稻成花素家族成员OsDTH10与Hd3a和RFT1在抽穗开花上具有相反的功能，过量表达OsDTH10延迟了水稻抽穗，表明该基因可能涉及光周期调控通路调控水稻的抽穗期[6]。
此外，在水稻中还分离了其他一些与开花相关的基因，如RCN1、RCN2、APO2（Aberrant panicle organization 2）。RCN1、RCN2是拟南芥TERMINAL FLOWER1（TFL1）基因在水稻中的同源基因，在拟南芥中，TFL1基因负责花序分生组织的起始与维持；在营养生长阶段，TFL1表达量较低，抑制植物向生殖生长转变；当进入生殖生长，TFL1表达量升高，以维持花序分生组织的特性[7]。水稻中RCN1、RCN2的超表达也会导致延迟开花。在35S::RCN1和35S::RCN2转基因水稻表现出抽穗时间延迟、花序分枝增多、小穗排列更紧密的表型。仔细观察圆锥花序结构发现，从枝梗分化期到颖花分化期的转变也发生延迟，并分化出更高级枝梗。这些结果表明RCN具有与TFL1类似的功能，即负责水稻花序分生组织的起始及维持[8]。Shuichi Matsuda等研究发现，RCN1编码OsABCG5，此蛋白与必需和非必需矿物质的积累、Na/K比和耐盐性有关[9]。
APO1是位于第6染色体上控制水稻穗粒数的等位基因，主要在顶端组织和侧生组织原基表达，编码产物参与泛素介导的蛋白质水解过程，避免花序分生组织过早地转化为小穗分生组织，是穗粒数的正向调控因子，过量表达可以增加一、二次枝梗及穗粒数[10]。APO2/RFL基因是拟南芥LEAFY（LFY）基因在水稻中的同源基因，调控水稻从营养生长向生殖生长的转变，控制抽穗期以及枝梗发育[1112]。rfl突变体中枝梗分生组织提前凋亡，而lfy突变体花序分生组织向花分生组织的转变延迟。APO2与LFY基因在花序发育过程中功能相反，表明单子叶植物（水稻）和双子叶植物（拟南芥）在调控花序发育的分子机制上存在一定差异[12]。
明确环境因子调控穗发育关键基因的机制有重要意义。由RicePro网站找到5个开花调控基因：OsG1、Hd3a、Hd1、Ghd7、RCN1，其中Hd1、Ghd7和RCN1可受环境调控。RCN1在水稻中过表达后使水稻抽穗延迟、二次枝梗和小穗增多。而RCN基因敲除突变体表现出早花和分枝减少的表型。RCN1、RCN2、RCN3、RCN4在水稻中的功能有冗余作用。
RiceXPro网站数据显示ABA能诱导RCN1表达。ABA参与调节植物对多种外界环境因子改变的响应，在植物生长和发育的过程中，特别是在响应非生物胁迫中起关键作用。ABA作为抗旱诱导的激发机制的一部分抑制了与活跃生长有关的基因，并活化了与抗旱诱导有关的基因，从而增加了植物的抗旱性[13]。有研究发现，一组bZIP转录因子在拟南芥ABA信号转导途径中起重要作用，然而它们在水稻中同源基因的功能还不清楚。系统进化分析表明，该组bZIP转录因子在拟南芥和水稻有一些类似的保守功能[14]，因此其在培育耐旱品种方面可能会有关键的作用。郭贵华等研究表明[15]，ABA能够有效缓解孕穗期干旱胁迫对水稻生理代谢功能的损伤，促进复水后的功能修复，减轻干旱对产量的影响。抗旱性不同的水稻对ABA的响应存在差异性，抗旱性越强的品种，对ABA越敏感，喷施ABA作用越明显。
前期试验发现RCN1参与水稻对干旱、ABA存在响应，这说明RCN1可能介导了环境信号对水稻开花及枝梗发育的调控。本文通过实验验证ABA对RCN1表达具有诱导作用，并探求其调控的分子途径。
1 材料与方法
1.1 试验设计
水培试验：武育粳3号种子浸泡发芽后，选取发芽一致的水稻播种于具有等间距孔洞的96孔板。然后将96孔板放置在泡沫板中间漂浮在矩形塑料培养箱中(35×25×11厘米)。培养箱中始终保持7 L的Yoshida水培液(Yoshida等, 1976)。营养液每四天更换一次并保持pH为5.5。
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