氮素穗肥調(diào)控水稻每穗穎花數(shù)的分子機制.pdf

1、每穗穎花數(shù)是影響水稻產(chǎn)量的主要因素之一。施用氮素穗肥作為增加水稻每穗穎花數(shù)的主要栽培措施，其調(diào)控水稻穗發(fā)育的分子機制尚不清楚。本研究通過不同氮肥水平處理，研究了氮素穗肥調(diào)控水稻每穗穎花數(shù)的分子機制。首先，通過熒光定量PCR技術，研究了氮肥處理對細胞分裂素(cytokinin，CTK)代謝相關基因的調(diào)控作用。其次，利用雙向電泳技術研究了水稻根中蛋白質(zhì)對氮和CTK的響應。此外，還利用蛋白質(zhì)組扣轉(zhuǎn)錄組學技術分析了氮肥對水稻穗發(fā)育過程中基因表達

2、的影響，并篩選差異表達基因。在所有差異表達基因中，轉(zhuǎn)錄因子PAP2對水稻穗發(fā)育的調(diào)控作用與氮肥處理效果最為接近。最后，對PAP2的功能進行了深入研究。主要研究結果如下:
　　1.利用熒光定量PCR技術研究幼穗組織中CTK合成基因(OsIPTs)的表達。發(fā)現(xiàn)OsIPTs在氮肥施用后表達量顯著增加，而葉片和根中的表達變化均不明顯。這說明氮肥通過調(diào)控幼穗組織中OsIPTs的表達控制CTK水平，從而促進了枝梗和穎花的分化。調(diào)節(jié)局部組織中C

3、TK合成是氮肥增加每穗穎花數(shù)的重要途徑之一。
　　2.利用雙向電泳和質(zhì)譜技術研究了水稻根對氮和CTK的響應。鑒定到28個蛋白質(zhì)受氮和CTK的共同調(diào)控作用。這些蛋白質(zhì)的功能主要涉及能量和物質(zhì)代謝。其中2個酶參與糖酵解過程，6個酶參與三羧酸循環(huán)過程。研究結果表明這些蛋白質(zhì)能夠被氮和CTK精確調(diào)控以促進根中氨基酸的合成。
　　3.研究了幼穗組織的蛋白質(zhì)組在氮素穗肥處理前后的變化。發(fā)現(xiàn)氮肥處理對幼穗中蛋白質(zhì)降解相關蛋白質(zhì)影響較大，占

4、差異表達蛋白質(zhì)總數(shù)的18％。
　　4.通過高通量測序技術分析了水稻葉片和幼穗組織對氮素穗肥的響應，得到了10，000多個基因的表達數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，很多基因不僅具有調(diào)控每穗穎花數(shù)的功能，還能調(diào)控株高、抽穗期、分蘗、結實率等性狀。同時調(diào)控株高和穎花數(shù)的基因有OsGAE1、OsPH1、OsGASR1;同時調(diào)控抽穗期和穎花數(shù)的基因有PAP2、OsCO3、OsCOL4、OsDof12、OsHDT1、OsHO1;同時調(diào)控分蘗和穎花數(shù)

5、的基因有MIP1、OsGS2、OsEATB、OsAP2-39;同時調(diào)控結實率和穎花數(shù)的基因有OsPht1;8和ASP1。這與氮肥對水稻生長發(fā)育的多重調(diào)控效應相一致。
　　5.PAP2對穗發(fā)育和抽穗期具有調(diào)控作用，與氮肥效應類似。施用氮肥后水稻葉片和幼穗中PAP2轉(zhuǎn)錄水平下降，表明PAP2參與了氮肥對水稻穗發(fā)育的調(diào)控。本研究證明了OsWRKY60和OsWOX9是PAP2的下游調(diào)控基因，兩基因都具有調(diào)控枝梗和穎花分化的作用。研究還發(fā)現(xiàn)