摘要
分蘖作为水稻极其重要的农艺性状之一，水稻分蘖的发生对后期水稻穗数有着显著影响，从而影响水稻产量。而独脚金内酯(Strigolactones,SLs)最初是一种在寄生植物根部发现的萜类激素，因其具有调控植物分枝和根系伸长的作用，被广泛用于植物株型调控的基础研究。但是植物体中天然独脚金内酯含量极低，人工合成最有效的独脚金内酯GR24价格昂贵，难以应用于实际生产。因此需要寻找成本更低的独脚金内酯类似物。此外细胞分裂素也具有调控水稻分蘖的作用，外源细胞分裂素能够诱导水稻分蘖芽的伸长。经研究发现细胞分裂素与独脚金内酯共同参与水稻分蘖调控机制，其相关途径表现为独脚金内酯在水稻茎基部中调控细胞分裂素的含量，使得细胞分裂素下游响应因子type-AOsRRs表达受阻，进而影响水稻分蘖的发生。 本研究首先对独脚金内酯结构进行分析，人工合成多种新型独脚金内酯类似物处理水稻独脚金内酯合成突变体d10，对各类似物对水稻分蘖的调控作用进行评价，筛选出有效且低成本的独脚金内酯类似物调控水稻分蘖。由于独脚金内酯能够促进细胞分裂素氧化降解基因OsCKX表达，进而抑制细胞分裂素含量，使其下游响应信号因子OsRR下调。故我们对细胞分裂素响应相关基因osrr突变体进行研究，随后阐明独脚金内酯SLs对水稻细胞分裂素信号初始响应基因（type-Aresponseregulator，OsRRs）表达量的影响，明确type-AOsRRs在水稻生长发育中的功能，并把它们与独脚金内酯调控分蘖联系起来，明确独脚金内酯与细胞分裂素信号相关基因对水稻分蘖发生的影响。 主要发现包括以下几点： 1.通过低成本、高效率的方式以呋喃酮为原料合成出47种独脚金内酯类似物，根据其结构式特点将其分为A、B、C、H四大类，其中除H化合物为连接糖的独脚金内酯类似物外，其余三类均为连接酚类化合物。 2.本实验设计了人工合成独脚金内酯化合物的水培试验，从而来研究外源施加化合类似物对水稻分蘖数以及根长的影响。研究发现表明，部分化合物处理水稻独脚金内酯生物合成突变体d10后显著抑制其分蘖发生，同时部分化合物也显著抑制水稻根长。在对同一显著抑制水稻d10突变体分蘖数的化合物进行不同浓度处理后发现最佳浓度约为50μM。同时，也进一步明确了化合物的施用方式，结果发现叶面喷施对水稻分蘖数抑制效果不显著，说明根系施用效果强于叶面喷施。 3.通过研究独脚金内酯SL突变体对type-AOsRRs表达量的转导调控作用，荧光定量PCR实验发现，对独脚金内酯生物合成突变体d10、独脚金内酯信号转导突变体d14以及其野生型Shiokari的分蘖芽中进行检测得知，十种细胞分裂素下游响应基因type-AOsRRs中，OsRR1、OsRR2基因在d14的分蘖芽组织中显著下调，在d10中则无显著变化。OsRR7在d10中显著上调；d14中显著下调，阐明了独脚金内酯对水稻细胞分裂素信号初始响应基因OsRR的调控作用。 4.利用CRISPR/Cas9技术明确参与独脚金内酯调控分蘖的type-AOsRRs基因·，对各类OsRR突变体的田间表型观察得知，osrr3分蘖数显著上升，osrr8osrr12osrr13、osrr10、osrr23、osrr11分蘖数显著下降；osrr3、osrr5、osrr7、osrr8osrr12osrr13、osrr10、osrr23的二次枝梗数显著降低;osrr3、osrr5、osrr7、osrr8osrr12osrr13、osrr10的二次颖花数显著降低；osrr3、osrr10穗数显著上升，osrr7穗数显著下降，osrr7、osrr10株高变矮；osrr3、osrr7、osrr10穗重降低；osrr3、osrr7结实率显著下降。 综上，本研究揭示了type-AOsRRs基因在水稻生长发育中的功能。合成成本低廉的独脚金内酯类似物，对各类似物抑制水稻分蘖的效果进行评价，筛选出10种有效抑制水稻独脚金内酯生物合成d10突变体分蘖数的化合物，后期通过CRISPR/Cas9等技术确认，发现化合物可以抑制OsRR7的表达来对水稻穗数产生抑制作用，OsRR3、OsRR10在水稻穗数和穗结构上中起促进作用，阐明独脚金内酯对水稻细胞分裂素信号初始响应基因OsRR的调控作用。
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