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1、目目 录录摘要IAbstract II前言11 材料与方法31.1 试验材料31.2 试验方法31.2.1 主要仪器设备31.2.2 主要试剂31.2.3 水稻材料的大田种植31.2.4 形态学观察31.2.5 水稻基因组 DNA 的提取31.2.6 PCR 反应41.2.7 水稻总 RNA 的提取41.2.8 反转录及 qRT-PCR 反应41.2.9 GA3诱导水稻第二叶鞘的伸长41.2.10 GA3诱导水稻无胚半粒种子 -淀粉酶的产生52 结果与分析62.1 sgs突变体的表型分析6潍坊学院本科毕业论文II2.2 SGS的定位及其在不同组织中的表达72.3 GAs 相关基因的定量表达检测
2、82.4 GA3诱导野生型东津及sgs突变体第二叶鞘的伸长82.5 GA3对野生型东津及sgs 突变体 -淀粉酶的诱导93 讨论与小结113.1 水稻SGS基因控制种子大小和株高113.2 水稻SGS基因是一种泛在表达的基因113.3 水稻sgs突变体中 GAs 响应基因的表达量有明显变化113.4 水稻sgs突变体中 GAs 响应延迟11参考文献12致谢13潍坊学院本科毕业论文- - I赤霉素处理对水稻幼苗表型的影响及相关基因的变化赤霉素处理对水稻幼苗表型的影响及相关基因的变化摘要：摘要：水稻的株高直接影响产量和品种抗倒伏性。降低植株高度，不仅使水稻耐肥抗 倒，而且改变了株型，提高收获指数，
3、因此鉴定和利用矮杆突变体一直是人们研究的 热点。本研究以韩国粳稻品种东津及其 T-DNA 插入突变体sgs为材料，先后进行了 sgs突变体的表型分析、SGS基因的定位、SGS基因的表达检测、GAs 相关基因的定量 表达检测。对野生型和突变体进行了 GA3诱导实验，包括第二叶鞘的伸长实验和无胚 半粒种子中的 -淀粉酶的诱导实验。研究结果表明，水稻SGS基因是一种泛在表达 的基因，它的功能主要是控制种子大小和株高，并且sgs突变体的突变表型是由于 GAs 信号传导途径异常造成的。 关键词：关键词：矮秆突变体；SGS基因；GAs 信号传导潍坊学院本科毕业论文- -IIEffectEffect ofo
4、f GibberellinsGibberellins onon RiceRice SeedlingsSeedlings andandExpressionExpression ofof GAGA RelatedRelated GeneGeneAbstract:Abstract: The plant height of rice affects lodging resistance and yields of crops. Reducing the plant height enhances lodge-resisting and harvest index. Therefore, identif
5、ication and utilization of dwarf mutants has been a research hotspot. In this assay we use the South Korean japonica cultivar Dongjin and its T-DNA insertion mutant sgs (small grain size) to analyze the phenotypes of sgs mutants. We identified the SGS gene and detected its expression in different ti
6、ssues. We also detected the expression of GA- related genes and found the variation of several genes. In the assays of GA3 induced elongation of the second leaf sheath and -amylase of embryo- less half seeds of rice, the sgs mutants showed delayed GA-response. The results showed that the rice SGS ge
7、ne is a ubiquitous expression gene, its main function is to control seed size and height, and the phenotype of sgs mutant is due to abnormal GAs transduction. Keywords:Keywords: dwarf mutant; SGS gene ; GAs signal transduction潍坊学院本科毕业论文- -III潍坊学院本科毕业论文- -1前前 言言我国是世界上最大的水稻种植国和稻米产品消费国，高产和超高产育种一直都是 以袁隆
8、平为代表的育种家们追求的目标。水稻的产量是由单位面积上的有效穗数、每 穗实粒数和粒重三个主要因素决定。穗数是形成产量的根本，每穗粒数受穗长、枝梗 数和着粒密度三者共同控制，粒重一般以千粒重或百粒重表示，它与粒长、粒宽、粒 厚和籽粒充实度关系紧密。目前，人们已经定位了大量的产量性状相关 QTL，并成功 克隆出多个产量性状相关基因，包括 GW2、GW5、Ghd7、Gn1a、GIF1、PROG1、GS5、GL3.1等。其中，GW2控制粒宽、粒重、 单株穗数和生育期1，GW5控制粒宽和粒重2，Ghd7控制每穗粒数、株高和生育期3， Gn1a控制每穗实粒数4，GS5控制粒宽、灌浆效率及粒重3，GL3.1
9、控制粒长和粒重 5，GIF1控制籽粒充实度6，PROG1控制生长习性和每穗粒数7。近五年来，人们又 相继发现了XIAO和GW8两个产量性状相关基因，其中，GW8控制粒长和稻米品质， XIAO则控制水稻株型、结实率和根性发育。水稻的产量与植物激素密切相关，例如吲哚乙酸、玉米素核苷和玉米素三者共同 调控水稻的分蘖，吲哚乙酸和赤霉素影响水稻叶片的光合能力9。赤霉素（GAs）作 为高等植物体内普遍存在的一种重要植物激素，它可以通过调控水稻的株高来影响水 稻的产量。与其它高等植物相同，水稻中 GAs 前体的生物合成途径也主要分为三个阶 段，即甲羟戊酸（MVA）的生物合成，双萜代谢途径以及 GGPP 的环
10、化氧化反应。经过 这三个阶段生成的 GA12-醛是所有种类 GAs 的合成前体。C13-羟基化途径和 C13-非羟基 化途径是水稻中 GAs 生物合成的两条主要途径。其中，C13-羟基化途径是从 GA53开始， 先后经历 GA44、GA19、GA20、GA1和 GA8并最终形成具有生物活性的 GAs，而 C13-非羟基 化则是由 GA12至 GA15，GA24，GA9，GA4等一系列步骤组成。GAs 生物合成的器官特异性 决定了在水稻生殖器官中，GAs 的生物合成以 C13-羟基化和 C13-非羟基化两种途径同 时进行，而在营养器官中，GAs 的生物合成则只能以 C13-羟基化一条途径进行10
11、。 目前，人们尚未完全弄清植物体内 GAs 的信号传导途径，但普遍认为，GAs 是通 过介导转录抑制因子（如 DELLA 蛋白）的泛素化降解，引起相关基因的表达，并最终 导致相应的生理生化反应的产生。随着水稻中GID2基因的克隆，人们才得以进一步 的阐明 DELLA 蛋白的降解途径。GID2基因编码的 GID2 蛋白属于 F-box 蛋白家族，它 作为 SCF（skp1、Cullin/cdc53 和 F-box 蛋白）的一个成分并直接与它的 DELLA 蛋白 （SLR1 或 RGA）相互作用，从而证明了 GAs 信号诱导 DELLA 蛋白通过 SCFGID2/SLY1的泛 素化途径降解。大量的
12、实验证据表明，GID1 蛋白是 GAs 的受体之一。在活性 GAs 存在 的条件下，GID1 蛋白接受并结合 GAs 信号，促进与 SLR1 蛋白的相互作用，进而启动 SLR1 蛋白通过 SCFGID2泛素化降解途径。但是，关于 GAs 信号传导的详细分子机制仍 是个未解之谜，是 GA-GID1 复合体促进 SLR1 蛋白稳定构象的改变，还是整个 GA- GID1-SLR1 复合体作为 SCFGID2泛素化降解途径的靶蛋白，这有待于人们的进一步研究 11。株高影响水稻的产量，通过对水稻矮杆突变体的深入分析，可以进一步提高水稻 矮化育种的效率。目前，人们对于水稻矮杆突变体的分类主要采用的是 Ta
13、kahashi 和 Takeda 等人的观点，他们根据水稻各节间的长度将水稻矮杆突变体分成 5 种类型，即 dn、dm、sh、d6 以及 nl 。其中，dn 型突变体各节间均匀缩短，各节间长度之比与野 生型基本相同；dm 型突变体只在倒数第 2 节间特定缩短；sh 型突变体节间缩短则只 发生在倒数第 1 节间；d6 型突变体倒数第 1 节间以下的节间缩短；nl 型突变体上部 节间伸长程度下降，下部节间则相对变长12,13。但是随着更多矮杆突变体被人们鉴定，潍坊学院本科毕业论文- -2这种单纯依据水稻节间长度来划分矮杆类型是片面的，必须要考虑到叶色、叶形、分 蘖数等其他性状，从而给出更为合理的区
14、分办法。 实验证实，水稻的矮杆突变与 GAs 密切相关，在此基础上，我们可以将水稻矮秆 突变体分为两类：缺陷型和敏感型。缺陷型矮杆突变体是指由于水稻中活性 GAs 的生 物合成途径被抑制或阻断，导致內源 GAs 含量大大降低甚至消失，这类突变体在外源 施加一定的 GAs 后，就可以恢复野生型表型。钝感型矮杆突变体，其內源 GAs 水平与 野生型没有差异，这类矮杆突变体在施加外源 GAs 后不能恢复野生型表型。已有的证 据表明，水稻钝感型矮杆突变可能有 3 种机制：一是 GAs 受体发生突变，不能与 GAs 结合或结合后不能活化；二是 GAs 信号传导途径中的某个关键环节发生突变导致的功 能丧失；三是将无活性 GAs 转化成有活性 GAs 的酶发生
