OsGATAs参与BR信号调控水稻株型和种子发育的机制研究

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水稻是一种重要的粮食作物,水稻株型改良对提高产量具有重要作用,其中株高和叶夹角等是水稻理想株型的决定因素,矮壮、紧凑(叶夹角小)、育性良好的水稻具有增产潜力。油菜素甾醇(Brassinosteroid,BR)是一种重要的植物激素,在水稻的株型决定中起到主要的调控作用,但BR信号对水稻的营养生长和生殖发育具有相反的作用,很难通过直接改变BR信号增加水稻产量。GATA是一类含有锌指结构的转录因子,位于BR信号通路的下游。我们的前期研究发现拟南芥的GATA2(AtGATA2)基因是光和BR相互作用的节点因子,它是BR信号末端关键转录因子BZR1的靶基因,并且它的表达受BR直接调控。过表达GATA2基因使拟南芥基因组内光诱导和光响应的相关基因表达大量上调,说明AtGATA2能够正向调控植物的光反应和光能利用,从而正向调控植物生长发育。水稻和拟南芥GATA蛋白有很高的保守性,暗示着水稻GATA可能具有类似功能。前期结果显示过表达AtGATA2的水稻转基因植株生长健旺,说明拟南芥GATA2(AtGATA2)能够促进水稻的生长发育。  本研究通过序列比对分析,找到了与AtGATA2蛋白序列相近的水稻GATAs蛋白,并克隆了相似性较高的四个OsGATAs基因,构建了过表达及基因抑制的载体。为了研究各个OsGA TA基因功能特异性,排除冗余作用,我们还构建了同时抑制OsGATA1、OsGATA2、OsGATA3和OsGATA4共有保守域的OsGATA RNAi载体。通过对OsGATAs四个基因表达模式的分析,我们发现它们在不同器官和组织中表达水平不同,暗示着它们的作用方式可能不同。OsGATA1基因抑制的转基因植株株高降低,株型紧凑(叶夹角小),抽穗延迟,但育性不受影响。过表达OsGATA1的转基因植株表型与野生型相似。OsGATA1基因抑制和OsGATA1过表达的转基因植株种子长宽比增大,说明OsGATA1基因可能调控种子形状,但不影响种子重量。分子机制分析表明OsGATAs基因表达受BR影响,且OsGATA1基因抑制的转基因植株对BR的敏感性降低,说明OsGATAs转录因子参与了BR信号调控的水稻生长发育和株型决定。
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