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谷子(Setaria italica(L.)P.Beauv.)具有基因组小、重复序列少、生育期短、繁殖系数高等特点,并已完成全基因组测序,正发展成为禾本科新的模式植物。谷子属于稀播作物,穗部性状是决定产量的主要因素。目前,关于调控谷子穗发育基因的研究鲜有报道。本研究以EMS诱变谷子全基因组测序品种Yugu1所获得的穗发育异常突变体siaux1和lp1为对象,图位克隆目的基因并分析其功能,主要获得如下结果:1.与Yugu1相比,siaux1的种子发芽势和发芽率降低,植株茎节数减少、主茎变粗变矮、叶片变长变宽,主穗变长、穗码数减少、小花数减少、结实率降低;最明显的特征是穗码变稀、单穗产量极显著降低。siaux1的突变性状由位于5号染色体编码IAA输入载体(AUX1)的基因Si AUX1(Seita.5G387200)控制;siaux1的Si AUX1基因第四个外显子区发生G→A的突变,导致三联体密码子TGG(UGG)替换为终止密码子TGA(UGA),造成翻译蛋白时在214个氨基酸处提前终止,缺失了C-端的277个氨基酸残基。2.敲除水稻Os AUX1(LOC_Os01g63770)基因突变株的穗密度、侧根密度显著减小;异源超表达Si AUX1基因水稻突变株的穗密度、侧根密度显著增大。50个代表性谷子品种中,7个品种的Si AUX1基因3’UTR区存在38bp的大片段缺失,这些品种的穗长、第一级分枝数、小花数、主穗粒重显著小于其它品种,而穗码密度显著大于其它品种。3.Si AUX1基因能够响应2,4-D的诱导,表达量上调的幅度与2,4-D的处理浓度成正比;Si AUX1基因在生长旺盛的胚芽、心叶、幼穗等幼嫩组织和主根的髓、颖壳的脊等维管组织中高表达,与生长素的分布与运输模式吻合。Si AUX1基因突变会显著下调IAA信号转导途径多个基因在穗部的表达量;siaux1灌浆期生长旺盛的穗部IAA的含量(46.17 mg/g)极显著高于野生型(27.61 mg/g)。谷子AUX/LAX家族有5个基因,只有Si AUX1在穗中高表达,具有调控穗发育的功能;其它4个基因Si AUX2(Seita.3G223500)、Si AUX3(Seita.9G471700)、Si AUX4(Seita.9G288200)、Si AUX5(Seita.8G047400)在不同发育时期的根中高表达。4.与Yugu1相比,lp1的植株主茎变矮,主穗变长、第一级分枝数和第二级分枝数均减少、小花数减少、籽粒数减少;最明显的特征是穗码变稀、单穗产量显著降低,但籽粒变长变宽,千粒重极显著增大。lp1的突变性状由位于2号染色体属于WRKY转录因子家族Ⅰ亚族的基因LP1(Seita.2G369500)控制;lp1的LP1基因第五个内含子末端的碱基发生G→A的突变,形成3个不同于野生型的蛋白翻译提前终止型突变的可变剪切,造成LP1蛋白C-末端第二个WRKY结构域的C2H2锌指结构遭到破坏。5.LP1基因分别在拔节期的茎节、孕穗期的穗、灌浆期的籽粒中高表达,这与其调控株高、穗型和种子大小的功能一致;亚细胞定位显示LP1基因在细胞核中表达,符合转录因子基因的表达特征。谷子的穗发育是受多个基因控制的复杂过程。本研究发现生长素输入载体编码基因Si AUX1和WRKY家族转录因子LP1突变均会导致谷子穗发育异常,表现出明显的稀码特征,且单穗产量显著下降。