独脚金内酯参与在低磷、低氮条件调控水稻分蘖的机制研究开题报告

全文总字数：6425字

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

在低氮、低磷调控水稻分蘖中，植物激素起了重要作用。实际上人们对于植物激素的认识是从生长素开始的，其功能是抑制植物的侧枝生长（顶端优势）。但是近几年来，发现一种新的植物激素叫做独脚金内酯，而且它也可以抑制植物分枝生长，并且它是受低磷和低氮浓度诱导合成和分泌的。独脚金内酯(strigolactone)为萜类内酯化合物,是新近发现的一种植物激素,能够抑制植物的分枝和侧芽的生长,与生长素和细胞分裂素一起调控植物的分枝数量。而在水稻中的研究结果表明，低磷和低氮处理均能够增加独脚金内酯的合成与分泌。（jamil et al., 2011a; ohashi et al.,2015）。

目前已有大量的研究报道了独脚金内酯参与生长素调控植物分枝这一过程，并且在水稻中已报道了独脚金内酯可以生长素在根系中的极性运输。在低磷和低氮营养条件下，水稻体内不仅通过上调合成基因 d10、d17和 d27的表达来提高独脚金内酯含量（sun et al., 2015），而且还同时降低了水稻体内细胞分裂素含量和信号传导。但是植物激素独脚金内酯和细胞分裂素是如何具体调控水稻分蘖生长还是不清楚的。在本研究中发现水稻独脚金内酯突变体的分蘖芽对于外源细胞分裂素的响应比野生型更加的敏感，而且我们还发现施加外源独脚金内酯可以抑制细胞分裂素信号途径type-a osrr家族中大部分基因的表达。根据研究者对水稻和拟南芥中细胞分裂素的研究不断深入，发现两物种之间的细胞分裂素信号传递途径还是比较相似的的（hwang et al 2001; hwang et al 2002; du et al 2007; tsai et al 2012; tao et al 2017）。但是对于水稻来说，水稻分蘖是决定水稻产量的一个重要农艺性状指标。大量研究已证明细胞分裂素可以促进水稻分蘖的产生，而独脚金内酯则是抑制水稻分蘖发生的。独脚金内酯和细胞分裂素的具体关系如何还不是很清楚，本课题主要研究的是独脚金内酯在低氮低磷的条件下如何参与水稻分蘖生长发育的影响，使用拟南芥细胞分裂素相关的突变体来阐述在低磷和低氮条件下独脚金内酯和细胞分裂素是如何调控水稻分蘖芽生长发育的。

2. 研究的基本内容和问题

磷占植物总干重的0.15-0.5%(Vance et al., 2003), 在植物生命周期中行使着重要功能。土壤可溶性磷的供应和植物对磷的吸收利用成为植物生长的决定因素之一。在多种植物上的研究表明，独脚金内酯的合成受植物营养状况的调控(Xie et al 2010)。Umehara 等发现水稻的独脚金内酯合成及信号突变体在低磷养分处理下，它们的分蘖并没有被抑制。从而说明在低磷养分胁迫条件下，独脚金内酯参与了水稻分蘖的调控。与正常供磷相比，低磷处理下独脚金内酯的合成分泌显著增加，当转入正常供磷后则迅速下降(Yoneyama et al 2007a; López-Ráez et al 2008a,b; Umehara et al 2010）。所以我们探究了在氮、磷养分参与条件下，独脚金内酯如何调控水稻分蘖生长机制，为更好调控水稻分蘖发生提供理论依据。

3. 研究的方法与方案

3.1.准备实验材料及生长条件。

供试水稻品种野生型为wt（shiokari），独脚金内酯合成突变体（d10和 d27）和信号转导突变体d3。拟南芥的野生型材料为col-0、拟南芥type-a的六突材料 arr3/4/5/6/7/15（材料由英国剑桥大学的ottoline leyser实验室提供）、col-0（tcsn::gus）、col-0（tcsn::gfp）、拟南芥独脚金内酯合成突变体max1和max1 /arr3/4/5/6/7/15的七突材料。种子经30% h₂o₂消毒30 min，在清水中育苗7天，选择地上部及根系大小形态均一致的幼苗，去种子后一次在1/4、1/3和1/2的营养液中培养7天，然后移栽至ph5. 5的国际水稻所（rri）修正营养液培养14天：(mm) 0.35 k2so4, 1.0 cacl2, 1.0 mgso4·7h2o, 0.5 na2sio3和 (μm) 20.0 fe-edta, 9.0 mncl2, 0.39 (nh4)6mo7o24, 20.0 h3bo3, 0.77 znso4, 0.32 cuso4，梯度氮浓度：0.01、0.02、0.2、1和2.5mm（no3－），梯度磷浓度：1、2、10、100和300μm （h2po4－）。每隔2天换一次营养液，植物生长条件是白天温度控制在30 次营养，光照时间16个小时。夜间温度控制在22 。夜，黑暗时间8小时。生长室里相对空气湿度控制在70%左右。选择2μm 和100μm （p）、0.1mm和2.5 mm （n）处理供本实验研究。外源细胞分裂素使用的是6-苄氨基嘌呤（6-ba），使用1mm naoh溶解，处理浓度为10nm。水稻移栽后，在营养液中施加外源独脚金内酯rac-gr24（2.5μm）（rac-gr24用丙酮溶解）。拟南芥种子先用70%的无水乙醇浸泡5分钟，然后换用100%无水乙醇浸泡2分钟后在超净台里用移液器吸出放到无菌的滤纸上晾干，最后将种子播撒在含有0.4%琼脂的0.5ms（murashige and skoog）培养基上，结束后用锡箔纸将培养皿完全包好放在4养基冷室里2天。春化结束后放入所需要的光照条件下进行培养。白光的光源为白炽灯，拟南芥移入土壤后的培养条件是温度为20-22束后，湿度为50-60%，生长条件是16小时光照和8小时黑暗的光照条件。在拟南芥的莲座叶的腋芽处施加外源独脚金内酯（rac-gr24用丙酮溶解），当拟南芥材料生长到18天时，用含0.1%silwet（表面活性剂）的15μm rac-gr24每隔2天喷洒一次。等到植物长到24天时，改用30μm rac-gr24每隔2天喷洒一次，一直长到40天时开始统计拟南芥的分枝数目，分枝计数标准为长度1cm。

3.2.载体构建、转化和鉴定

4. 研究创新点

项目的创新之处在于在低氮低磷条件下利用拟南芥细胞分裂素相关的突变来研究体独脚金内酯如何调控水稻分蘖生长机制。

5. 研究计划与进展

2019.3.1-3.15 课题成型阶段。完成开题报告，实验设计，培育野生水稻幼苗。进行水稻转导工作，培育转基因水稻幼苗

2019.3.15-5.1 主体实验阶段。依据实验方案逐步进行实验，收集数据，做好数据的收集汇总、初步处理工作

2019.5.1-5.31 论文完成阶段。对已有数据进行处理，制作图表。重新审查课题决定是否进行实验补充，完成毕业论文文稿，完成答辩。