植物激素研究的成果是人类进行作物遗传改良和育种的重要理论源头,对作物遗传改良和育种的实践起到了很重要的作用。生长素调控很多复杂的生理过程,影响植物的顶端优势,侧根的形成,重力反应,胚胎发生,微管分化,也影响营养器官和生殖器官的生长、成熟和衰老。油菜素内酯是与植物细胞的生长、分裂、分化和生殖有关的多羟基化的类固醇植物激素。在拟南芥中,对这两类激素的信号传递已经有了比较详尽的研究,但是在水稻这种作为全球最重要的粮食作物以及禾谷类作物的模式植物中,研究相对较少。本研究旨在对水稻中分别在生长素和油菜素内酯信号途径发挥重要作用的两个基因家族(OsIAA和OsGSK)进行系统的分析,同时鉴定其中一些成员的功能。主要内容包括三个方面:一是分析OsIAA基因家族在各个发育阶段以及在各种激素和逆境处理下的表达模式;二是系统分析水稻Glycogen shaggy-like kinase基因家族在水稻中的情况,并对OsGSK在各个发育阶段以及各种激素和逆境处理下的表达模式进行了分析。三是对3个OsIAA基因进行了初步的功能分析,较深入的研究了OsIAA1在油菜素内酯和生长素信号中的相互作用的功能。主要结果如下:OsIAA家族分析结果:1.对31个OsIAA家族基因在水稻全生育期的表达分析发现多数OsIAAs是组成型表达的。同时分析了与OsIAA互作的OsARF家族基因的表达谱,发现多数OsARF具有组织特异性的表达模式,并且在幼穗中有比较高的表达。聚类分析发现有8对OsIAA-OsARFs存在类似的表达模式,可能共同参与某一特定发育过程。2.对OsIAAs在不同激素和逆境处理下的表达分析发现,多数OsIAAs不仅受激素诱导同时也受逆境诱导,暗示OsIAAs可能即参与激素应答,也参与逆境反应。3.分析甘露醇处理下DR5-GUS转基因植株根的表型以及DR5-GUS表达模式的变化发现逆境信号(甘露醇处理)引起生长素的再分布,进一步说明逆境和生长素信号传递途径可能存在相互作用。OsIAA基因的功能研究1.通过RT-PCR,OsIAA1-Promoter-GFP,real-time PCR以及芯片数据分析OsIAA1的表达模式,发现该基因是一个组成型表达的基因,并受多种激素的诱导。2.用ubiquitin启动子驱动OsIAA1超表达发现,转基因植株对生长素的反应下降,对油菜素内酯的感应上升。超表达植株出现叶夹角增大,植株变矮的表型,说明OsIAA1可能同时参与了生长素和油菜素内酯的信号传导。3.对OsIAA1的互作蛋白分析发现,OsIAA1与OsARF1互作,分析OsARF1的突变体发现,osarf1对油菜素内酯的反应与超表达OsIAA1的植株相类似,说明OsIAA1与OsARF1共同参与生长素和油菜素内酯的信号传导。4.分析OsIAA1超表达植株中一些生长素和油菜素内酯的应答基因的表达情况发现,转基因植株同时改变了这两种激素应答的基因的表达模式。进一步证明了OsIAA1介导了生长素和油菜素内酯的信号传导。5.超表达OsIAA4表现出分蘖角增大,植株变矮,对生长素反应下降等表型。6.对OsIAA9自身启动子的分析发现,OsIAA9为根和胚芽鞘特异表达基因,在根中表达模式与DR5-GUS相似。超表达OsIAA9表现出对生长素反应下降等表型。对OsGSK家族的分析结果:1.序列分析发现水稻中有9个OsGSK成员,分别定位在第1,3,5,6和9染色体上。蛋白序列分析发现所有成员都含有一个非常保守的激酶结构域。2.对OsGSKs在水稻全生育期的表达分析发现OsGSKs的表达水平都很高,说明该基因家族在水稻的生长发育中发挥着重要作用。3.对OsGSKs在各种激素和逆境的表达谱分析发现,多数OsGSKs参与激素和逆境应答,暗示该基因家族参与多种激素的途径,以及可能在逆境中发挥功能。