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分蘖角度是影响水稻株型的重要因素。定位和克隆调控水稻分蘖角度的基因,开展调控水稻分蘖角度形成的分子机制的研究,对水稻株型改良、开展水稻超高产理想株型育种具有重要的理论和实践意义。水稻分蘖角度的形成是一个非常复杂的过程。除了遗传因素外,多种自然环境条件(包括光照、重力)、激素水平等因素均参与水稻分蘖角度的调控。已有的研究表明,水稻的负向重力性反应和分蘖着生的细胞学形态变化是导致水稻分蘖角度变化的原因。目前已经克隆了一些调控水稻分蘖角度的基因。但是,深入的分子机制尚不清楚。本研究以EMS化学诱变筛选获得的分蘖角度变大、呈散生状生长的突变体(bigger tiller angle 1-1,bta1-1)为试材,利用图位克隆、DNA重组技术、农杆菌介导的水稻成熟胚遗传转化技术、荧光定量RT-PCR技术、烟草瞬时转化、RNA高通量转录组测序和分析等技术,观察了bta1-1突变体的分蘖角度和负向重力性反应的变化;定位并克隆了BTA1基因;对该基因进行了表达模式分析和差异表达分析;分析了bta1-1突变体和野生型(WT)之间差异表达的基因;分析了差异表达基因的富集通路,从全基因组水平分析了BTA1调控水稻分蘖角度的分子机制。主要研究结果如下:1.筛选获得了水稻大分蘖角度的突变体bta1-1。利用EMS诱变的方法,获得了一个分蘖角度显著变大的突变体,命名为bigger tiller angle 1-1(bta1-1)。在水稻不同生育时期,bta1-1突变体的分蘖角度都极显著大于野生型。2.bta1-1突变改变了水稻的负向重力性反应。通过对WT和bta1-1突变体的负向重力性反应的研究发现,bta1-1突变体地上部分负向重力生长能力缺失,从而导致bta1-1突变体的分蘖角度增大。3.bta1-1突变改变了水稻其它农艺性状。农艺性状调查的结果表明,除了分蘖角度之外,bta1-1突变还导致分蘖数、茎长、有效穗数、饱粒数、干物质重量数等农艺性状改变。4.克隆了BTA1基因。利用图位克隆和对已知控制水稻分蘖角度的基因测序相结合的方法,发现了在已知的LA1基因的第三个外显子有一个G到T的突变,使密码子由GAG变成TAG,从编码谷氨酸(Glutamic acid,Glu)变成终止密码子(Stop codon),导致翻译提前终止。5.BTA1基因可以互补bta1-1的表型。构建了35S:BTA1/LA1-GFP植物表达载体,并将构建的载体转入bta1-1突变体,获得了独立的转基因株系。表型观察的结果表明,BTA1/LA1基因可以互补bta1-1突变体分蘖角度变大的表型,说明LA1基因的G到T的突变是导致bta1-1表型的原因,bta1-1是lazy1的等位突变。6.生物信息学分析结果表明,在17个物种40个BTA1/LA1-like蛋白中均含有典型的EAR-Motif,说明BTA1/LA1-like蛋白作为主动抑制子负调控胁迫应答基因的表达。进化分析以及共线性的分析结果表明单子叶植物中BTA1/LA1-like蛋白亲缘关系更加接近。7.BTA1/LA1基因在检测的组织和器官中,在不同的生长发育阶段都有表达。利用荧光定量RT-PCR技术检测的结果说明,BTA1/LA1在水稻的整个生育期和各器官中都有表达。8.bta1-1突变降低了BTA1/LA1基因的表达水平。与WT相比,bta1-1突变体在各时期和部位BTA1/LA1的表达量都显著降低,说明bta1-1突变抑制了BTA1/LA1的表达。9.bta1-1突变改变了BTA1/LA1蛋白质的亚细胞定位。亚细胞定位和质壁分离的结果表明,bta1-1突变改变了BTA1/LA1同时定位在细胞膜和细胞核上的亚细胞定位模式。bta1-1突变后的部分蛋白质BTA1/LA1△C160失去了细胞核定位,只定位在细胞膜上。10.bta1-1突变改变了生长素信号转导和极性运输相关基因的表达。与WT相比,OsPIN1、OsPIN5b、OsABCB14、OsCLIP和OsIAA6的表达显著下调,而OsPIN2、OsAUX1和OsCOLE1的表达显著上调。11.bta1-1突变改变了具有不同生物学功能、多通路、多基因的表达。RNA高通量测序的结果表明,bta1-1突变显著改变了1025个基因的表达,这些差异表达基因高度富集于生长素信号传导等途径。BTA1/LA1可能通过介导蛋白质和DNA相互作用,参与核小体和染色质的组装行使功能。这些表明BTA1/LA1通过调控生长素转运和生长素信号转导,导致生长素的不对称分布,来控制水稻分蘖角度。综上所述,本研究证明bta1-1是lazy1的等位突变。核定位信号以及EAR结构域的缺失导致LA1的功能丧失,说明核定位信号和EAR结构域对LA1的功能非常重要。bta1-1突变抑制LA1的表达。同时使OsPIN1、OsPIN5b、OsABCB14、OsCLIP和OsIAA6的表达下调,OsPIN2、OsAUX1和OsCOLE1的表达上调,说明BTA1/LA1通过调控生长素信号转导和极性运输,影响水稻的负向重力性,最终影响分蘖角度。