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水稻是人类重要的粮食作物之一,其产量通常与植株高度和分蘖等农艺性状有关。决定水稻株高和分蘖的因素有很多,包括内源激素和外界环境等,内源激素主要包括赤霉素(GA)、油菜素内酯(BR)和独角金内酯(SL)等,其中赤霉素主要通过促进细胞伸长调控植株高度,而赤霉素调控水稻分蘖的相关机制至今还缺乏具体的阐述。本研究在组培实验中发现了一棵半矮化突变体,命名为sd13。该突变体表现出与内源激素(如赤霉素和油菜素内酯等)缺乏导致的矮化症状相似,如株高变矮、包穗、穗表皮毛消失、分蘖增多、结实率低和种子变小等。微观检测表明该突变体植株细胞伸长受阻,而植物内源激素如赤霉素和油菜素内酯正是决定水稻中细胞伸长的重要因子。因此,对突变体进行外源赤霉素和油菜素内酯处理,结果表明突变体对赤霉素和油菜素内酯均敏感,但只有赤霉素能使突变体表型得到恢复,且sd13无叶片直立、叶夹角变小等BR缺乏的典型症状,说明sd13可能为GA合成缺陷型突变体。为探寻突变体矮化的分子机制,对突变体进行转录组学测序。结果表明,与野生型水稻相比,突变体共有631个差异基因。对差异基因进行筛选,发现了一个与GA合成有关的基因OsGA13ox,该基因在突变体中上调表达,而喷施GA后表达下调。qRT-PCR结果表明,与野生型相比,OsGA13ox在突变体的茎和叶中显著上调,在花中也出现了上调但差异不显著。OsGA13ox是GA合成过程中的关键酶,负责将GA12转化为GA53,而GA12和GA53分别转化为GA4和GA1,GA4的活性高于GA1,因此,推测该水稻突变体可能是由GA4合成受阻导致其富集减少引起的。对GA4和GA1的检测结果表明,与野生型相比,突变体中的GA4含量显著减少,差异极显著;而GA1含量增加,但差异不显著,说明GA4含量减少是突变体表型异常的主要原因。突变体表现出半矮化而不是矮化表型,且GA1含量在正常范围内,说明GA12上游的合成基因未发生突变,所以对GA12下游与GA4合成有关的基因OsGA20ox和OsGA3ox进行特异性扩增并测序。结果表明水稻中3个OsGA20ox基因和2个OsGA3ox均无突变发生,说明突变体GA4含量减少是由OsGA13ox表达异常导致的。另外,本研究还发现GA可以抑制水稻的分蘖。差异基因韦恩图显示,野生型和突变体有12个共表答的基因,其中D14为独角金内酯的特异性受体,可以抑制水稻分蘖。qRT-PCR结果表明D14在突变体中下调表达,而在野生型和突变体喷施GA4后均上调表达。D14下调会使独角金内酯信号减弱,促进水稻分蘖,上调表达则相反。统计结果表明突变体的有效分蘖显著增加,而喷施GA3后,野生型和突变体的有效分蘖显著降低,说明GA可能通过调控D14的表达间接调控水稻分蘖。