摘要
水稻（Rice）是世界范围内最重要的粮食作物之一。作为单子叶模式植物水稻在其整个生命周期中不断发生侧根以适应不断变化的土壤环境。水稻侧根的形成和生长情况直接的影响着植株对水分和营养物质的吸收，从而极大地影响水稻的抗逆性和产量，因此，水稻侧根发育的研究对于提高水稻抗逆性和产量等方面的根系遗传育种具有重要指导意义。 Ⅰ型DNA拓扑异构酶（DNATopoisomerase1,TOP1）是广泛存在于生物体内调节DNA和RNA拓扑结构状态的一类酶，其主要功能是通过催化DNA链的断裂和结合来维持DNA的拓扑状态，从而保证DNA复制、转录和重组等过程顺利进行。本课题以水稻为研究对象，利用OsTOP1-RNAi和水稻marke基因的启动子遗传材料，借助TOP1的特异性抑制剂喜树碱（Camptothecin,CPT），同时，结合半薄切片技术和分子遗传手段，研究OsTOP1在水稻侧根发育中的作用。主要结果如下： 1.对OsTOP1启动子融合载体OsTOP1::GUS转基因阳性植株材料进行GUS染色，结果显示OsTOP1在水稻根系各部分均有表达，其中在胚芽鞘、中柱、根尖分生区和侧根原基等细胞分裂旺盛的区域表达相对较高。 2.用CPT处理水稻刚萌发的种子后，发现侧根对CPT的敏感度明显高于主根，且主要抑制侧根原基突破表皮的过程。 3.通过对水稻根部进行半薄切片，进一步证实在CPT处理后，水稻侧根起始阶段正常发育，但是侧根原基本身的发育受到影响，主要表现于侧根原基组织特异性受到影响。 4.通过对DR5::GUS和CYCB1::GUS两个marker材料在CPT处理下的GUS染色，推测CPT抑制了生长素相关的信号通路和生长素的极性运输，以及侧根原基发育过程中细胞周期的正常进行。 5.通过NBT、DAB、伊文思蓝和钌红的组织化学染色，发现外源的CPT处理没有影响水稻根系组织细胞的活性和ROS的含量，但是有抑制侧根发育过程中主根细胞壁内果胶的降解。 6.OsTOP1-RNAi家系中OsTOP1表达量有不同程度的下调，而且OsTOP1-RNAi家系的表型和外源CPT处理呈现的根系表型是一致的。 7.通过检测CPT处理后，与侧根发育密切相关的基因相对表达量，我们推测OsTOP1主要参与侧根发育过程中生长素和分生组织建成相关的信号通路的转录调控。
NETL