摘要
根系是植株隐藏起来的重要部分，根系发育的状况可以影响包括产量在内的许多地上部分的性状，因此开展根系发育的研究对于提高粮食产量具有重要的意义。本研究以水稻突变体库为基础，通过对T-DNA插入株系根系中GUS报告基因表达位置的筛选，获得了一系列侧根特异表达模式系材料；通过对T-DNA插入突变体库的根系突变体的筛选，克隆了一个调控初生根分生区细胞伸长的基因SHB。 1、通过对15000份水稻T-DNA插入突变体库株系GUS表达摸式株系的筛选，我们获得了300份侧根表达株系。通过对子代遗传稳定性检测，获得了58份报告基因GUS稳定表达且在侧根特异表达株系,可以作为模式系使用。此外，在筛选水稻T-DNA插入突变体库株系过程中，我们还筛选到许多根系发育突变体，并且分离了侧翼序列。 2、短根突变体shb表型鉴定。生长4天的植株shb突变体初生根根长明显短与野生型，根系分生区明显减小，并且分生区内的细胞长度显著变短。 3、侧翼序列分析表明，T-DNA插入到LOC_Os05g32270的第五个内含子，该基因编码一个ERF/AP2转录因子。共分离检测显示，突变表型同T-DNA插入共分离。将LOC_Os05g32270基因连同启动子等转化shb突变体，获得的转化植株根系表型均得到回复，证明LOC_Os05g32270就是SHB基因。 4、根据shb突变体植株具有叶色变深，株高矮化和茎节减短等赤霉素(GA)缺失的表型，我们使用GA处理shb突变体植株，发现突变体的根长、分生区长度和分生区细胞长度等根系表型均可以得到恢复；内源GA测定结果表明根系GA含量减少，说明shb是一个GA缺少突变体。 5、芯片分析结果显示，一些GA合成相关基因和许多细胞伸长相关的转录因子在shb突变体中明显发生了变化；通过qRT-PCR检测shb突变体中GA合成相关基因表达水平，发现KS1和GA20ox2/SD1等基因表达量在shb突变体中发生明显下降。EMSA和ChIP-PCR检测发现，SHB在体内和体外均可以同KS1启动子GCCbox顺式元件结合，调控KS1基因的表达影响GA的变化。 6、原位杂交结果显示KS1基因的表达模式同SHB基因的表达模式在根尖重叠，这同KS1是SHB下游直接调控基因相一致。显微照片显示ks1突变体初生根分生区发生显著变短，分生区细胞长度有所伸长，细胞数目显著减少。处理可ks1突变体分生区的表型可以被GA恢复和内源GA严重降低，说明ks1分生区变短是由于GA严重降低所造成的。 7、不同浓度的Paclobutrazol(PAC)的处理水稻根系研究表明，GA对根系分生区生长的控制存在剂量效应。低浓度GA水平的降低(shb，1μMPAC)影响分生区细胞的伸长并不改变细胞分裂；高浓度GA水平的降低(ks1突变体和10μM，50μMPAC)严重降低细胞的分裂。相似的机制在拟南芥根系也有相似的效应。 8、SHB在GA信号反应中作为正调控因子存在，同KS1一起参与了增殖细胞微管横纹方向的调控。
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