拟南芥LAZY1抑制基因的鉴定及功能研究

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重力反应在植物生长发育过程中有着十分重要的作用,它参与植物的形态建成,如水稻分蘖角度,并使倒伏作物可以背离地面向上生长。这些性状的改变会影响作物的产量。因此,植物重力反应的研究对育种及改良作物性状等方面具有重要的意义。  研究发现,LAZY1(LA1)是参与调控植物重力反应及分枝角度的关键基因,在水稻、拟南芥、玉米中具有保守功能,但其作用机理仍不清楚。我们通过筛选拟南芥la1的抑制突变体(suppressor of la1,sol),对LA1在重力反应中的调控机理作进一步研究。经EMS诱变la1突变体种子,我们共获得了662个恢复或部分恢复la1分枝角度的抑制突变体和149个其他特殊表型的突变体,其中sol300、sol429、sol447突变体都能完全恢复la1分枝角度大的表型且能够稳定遗传。  植株花序轴和下胚轴重力反应等生理实验结果表明,sol300、sol429以及sol447突变体能够响应重力刺激,进一步的统计结果表明,sol300和sol429突变体响应重力反应的敏感程度弱于野生型,明显强于la1;而sol447突变体的重力反应则强于野生型。遗传学证据显示,sol300、sol429和sol447三个突变体对la1分枝角度的恢复作用分别由一对隐性基因控制。通过基因组重测序及生物信息学等手段分析sol300、sol429回交群体信息,我们将SOL300和SOL429候选基因初步定位于1号染色体上,并筛选到可能参与调控植株分枝角度的候选基因。我们进一步对预测到的基因进行突变位点验证。测序结果显示,候选基因突变位点与基因组重测序分析结果一致。为了进一步确定候选基因,我们在转录水平上检测了它们的表达量。结果显示,候选基因CG3003(Candidate Genes of SOL3003)在sol300突变体中表达量显著上升,高于野生型和la1中的表达量;CG4291候选基因的表达量在野生型和la1中没有差异,而在sol429突变体中显著下降,暗示了CG3003和CG4291可能参与调控拟南芥地上部分重力反应及分枝角度。  综上所述,本研究利用la1的EMS诱变群体筛选la1抑制突变体sols,获得了一系列能够完全或部分恢复la1表型的sols。我们从中挑选到分枝角度恢复且能够稳定遗传的三个突变体sol300、sol429和sol447进行深入分析,并初步确定了两个调控分枝角度的候选基因,为进一步阐明LA1的相关功能和深入研究重力反应的调控机理奠定了基础。
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