水稻矮杆突变体的细胞学特征及基因定位研究

摘要

赤霉素合成基因在植物的生长发育中起着重要的作用.甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate,EMS)诱变的超矮杆突变株水稻ag1(ai-gan1)表现出明显的节间和叶片伸长缺陷,成熟期株高仅为野生型的34.81％,穗长以及各节间长度占整株高度的比例发生明显变化,其中倒二节间和倒三节间所占比例显著降低.MBS(mapping-by-sequencing)基因定位及CRISPR-Cas9基因敲除验证显示,该突变基因为赤霉素-3β羟化酶2(gib-berellin 3-beta-hydroxylase 2,GA3ox2)编码基因D18的等位基因.细胞的形态分析显示,突变体倒二节间的细胞长度显著变短,纵向细胞数量显著减少,而节间中横向薄壁细胞层数显著增加;突变体剑叶中横向小叶脉的数量显著增加,但维管束周围的纵向薄壁细胞数目显著减少.同时,部分与细胞分裂和伸长相关基因的表达量在突变体中都显著降低.上述结果说明GA3ox2在水稻中严重影响地上节间细胞的伸长及节间和剑叶中细胞的分裂活性,从而导致水稻地上部分的形态出现异常.