编号潍坊学院本科毕业论文课题名称：赤霉素处理对水稻幼苗表型的影响及相关基因的变化学生姓名：胡大维学号：10081540111专业：种子科学与工程班级：2010级1班指导教师：高秀清2014年6月目录摘要 (IV)Abstract (II)前言 (1)1 材料与方法 (3)1.1试验材料 (3)1.2试验方法 (3)1.2.1主要仪器设备 (3)1.2.2主要试剂 (3)1.2.3水稻材料的大田种植 (3)1.2.4形态学观察 (3)1.2.5水稻基因组DNA的提取 (4)1.2.6 PCR反应 (4)1.2.7水稻总RNA的提取………………………………………………………………错误！未定义书签。

1.2.8反转录及qRT-PCR反应……………………………………………………………错误！未定义书签。

1.2.9 GA3诱导水稻第二叶鞘的伸长 (4)1.2.10 GA3诱导水稻无胚半粒种子α-淀粉酶的产生 (5)2结果与分析 (6)2.1sgs突变体的表型分析 (6)2.2SGS的定位及其在不同组织中的表达 (7)2.3GAs相关基因的定量表达检测 (8)2.4 GA3诱导野生型东津及sgs突变体第二叶鞘的伸长 (9)2.5G A3对野生型东津及s g s突变体α-淀粉酶的诱导 (10)3 讨论与小结 (11)3.1水稻SGS基因控制种子大小和株高 (11)潍坊学院本科毕业论文3.2水稻SGS基因是一种泛在表达的基因 (11)3.3水稻sgs突变体中GAs响应基因的表达量有明显变化 (11)3.4水稻sgs突变体中GAs响应延迟 (11)参考文献 (12)III致谢 (13)潍坊学院本科毕业论文- - I赤霉素处理对水稻幼苗表型的影响及相关基因的变化摘要：水稻的株高直接影响产量和品种抗倒伏性。

降低植株高度，不仅使水稻耐肥抗倒，而且改变了株型，提高收获指数，因此鉴定和利用矮杆突变体一直是人们研究的热点。

本研究以韩国粳稻品种东津及其T-DNA 插入突变体sgs 为材料，先后进行了sgs 突变体的表型分析、SGS 基因的定位、SGS 基因的表达检测、GAs 相关基因的定量表达检测。

对野生型和突变体进行了GA 3诱导实验，包括第二叶鞘的伸长实验和无胚半粒种子中的α-淀粉酶的诱导实验。

研究结果表明，水稻SGS 基因是一种泛在表达的基因，它的功能主要是控制种子大小和株高，并且sgs 突变体的突变表型是由于GAs 信号传导途径异常造成的。

关键词：矮秆突变体；SGS 基因；GAs 信号传导潍坊学院本科毕业论文- -II Effect of Gibberellins on Rice Seedlings andExpression of GA Related GeneAbstract: The plant height of rice affects lodging resistance and yields of crops. Reducing the plant height enhances lodge-resisting and harvest index. Therefore, identification and utilization of dwarf mutants has been a research hotspot . In this assay we use the South Korean japonica cultivar Dongjin and its T-DNA insertion mutant sgs (small grain size ) to analyze the phenotypes of sgs mutants. We identified the SGS gene and detected its expression in different tissues. We also detected the expression of GA-related genes and found the variation of several genes. In the assays of GA 3 induced elongation of the second leaf sheath and α-amylase of embryo-less half seeds of rice, the sgs mutants showed delayed GA-response. The results showed that the rice SGS gene is a ubiquitous expression gene, its main function is to control seed size and height, and the phenotype of sgs mutant is due to abnormal GAs transduction.Keywords: dwarf mutant; SGS gene ; GAs signal transduction潍坊学院本科毕业论文- -1 前 言我国是世界上最大的水稻种植国和稻米产品消费国，高产和超高产育种一直都是以袁隆平为代表的育种家们追求的目标。

水稻的产量是由单位面积上的有效穗数、每穗实粒数和粒重三个主要因素决定。

穗数是形成产量的根本，每穗粒数受穗长、枝梗数和着粒密度三者共同控制，粒重一般以千粒重或百粒重表示，它与粒长、粒宽、粒厚和籽粒充实度关系紧密。

目前，人们已经定位了大量的产量性状相关QTL ，并成功克隆出多个产量性状相关基因，包括GW2、GW5、Ghd7、Gn1a 、GIF1、PROG1、GS5、GL3.1等。

其中，GW2控制粒宽、粒重、单株穗数和生育期[1]，GW5控制粒宽和粒重[2]，Ghd7控制每穗粒数、株高和生育期[3]，Gn1a 控制每穗实粒数[4]，GS5控制粒宽、灌浆效率及粒重[3]，GL3.1控制粒长和粒重[5]，GIF1控制籽粒充实度[6]，PROG1控制生长习性和每穗粒数[7]。

近五年来，人们又相继发现了XIAO 和GW8两个产量性状相关基因，其中，GW8控制粒长和稻米品质，XIAO 则控制水稻株型、结实率和根性发育。

水稻的产量与植物激素密切相关，例如吲哚乙酸、玉米素核苷和玉米素三者共同调控水稻的分蘖，吲哚乙酸和赤霉素影响水稻叶片的光合能力[9]。

赤霉素（GAs ）作为高等植物体内普遍存在的一种重要植物激素，它可以通过调控水稻的株高来影响水稻的产量。

与其它高等植物相同，水稻中GAs 前体的生物合成途径也主要分为三个阶段，即甲羟戊酸（MV A ）的生物合成，双萜代谢途径以及GGPP 的环化氧化反应。

经过这三个阶段生成的GA 12-醛是所有种类GAs 的合成前体。

C 13-羟基化途径和C 13-非羟基化途径是水稻中GAs 生物合成的两条主要途径。

其中，C 13-羟基化途径是从GA 53开始，先后经历GA 44、GA 19、GA 20、GA 1和GA 8并最终形成具有生物活性的GAs ，而C 13-非羟基化则是由GA 12至GA 15，GA 24，GA 9，GA 4等一系列步骤组成。

GAs 生物合成的器官特异性决定了在水稻生殖器官中，GAs 的生物合成以C 13-羟基化和C 13-非羟基化两种途径同时进行，而在营养器官中，GAs 的生物合成则只能以C 13-羟基化一条途径进行[10]。

目前，人们尚未完全弄清植物体内GAs 的信号传导途径，但普遍认为，GAs 是通过介导转录抑制因子（如DELLA 蛋白）的泛素化降解，引起相关基因的表达，并最终导致相应的生理生化反应的产生。

随着水稻中GID2基因的克隆，人们才得以进一步的阐明DELLA 蛋白的降解途径。

GID2基因编码的GID2蛋白属于F-box 蛋白家族，它作为SCF （skp1、Cullin/cdc53和F-box 蛋白）的一个成分并直接与它的DELLA 蛋白（SLR1或RGA ）相互作用，从而证明了GAs 信号诱导DELLA 蛋白通过SCF GID2/SLY1的泛素化途径降解。

大量的实验证据表明，GID1蛋白是GAs 的受体之一。

在活性GAs 存在的条件下，GID1蛋白接受并结合GAs 信号，促进与SLR1蛋白的相互作用，进而启动SLR1蛋白通过SCF GID2泛素化降解途径。

但是，关于GAs 信号传导的详细分子机制仍是个未解之谜，是GA-GID1复合体促进SLR1蛋白稳定构象的改变，还是整个GA-GID1-SLR1复合体作为SCF GID2泛素化降解途径的靶蛋白，这有待于人们的进一步研究[11]。

株高影响水稻的产量，通过对水稻矮杆突变体的深入分析，可以进一步提高水稻矮化育种的效率。

目前，人们对于水稻矮杆突变体的分类主要采用的是Takahashi 和Takeda 等人的观点，他们根据水稻各节间的长度将水稻矮杆突变体分成5种类型，即dn 、dm 、sh 、d6以及nl 。

其中，dn 型突变体各节间均匀缩短，各节间长度之比与野生型基本相同；dm 型突变体只在倒数第2节间特定缩短；sh 型突变体节间缩短则只发生在倒数第1节间；d6型突变体倒数第1节间以下的节间缩短；nl 型突变体上部节间伸长程度下降，下部节间则相对变长[12,13]。

但是随着更多矮杆突变体被人们鉴定，这潍坊学院本科毕业论文- -2 种单纯依据水稻节间长度来划分矮杆类型是片面的，必须要考虑到叶色、叶形、分蘖数等其他性状，从而给出更为合理的区分办法。

实验证实，水稻的矮杆突变与GAs 密切相关，在此基础上，我们可以将水稻矮秆突变体分为两类：缺陷型和敏感型。

缺陷型矮杆突变体是指由于水稻中活性GAs 的生物合成途径被抑制或阻断，导致內源GAs 含量大大降低甚至消失，这类突变体在外源施加一定的GAs 后，就可以恢复野生型表型。

钝感型矮杆突变体，其內源GAs 水平与野生型没有差异，这类矮杆突变体在施加外源GAs 后不能恢复野生型表型。

已有的证据表明，水稻钝感型矮杆突变可能有3种机制：一是GAs 受体发生突变，不能与GAs 结合或结合后不能活化；二是GAs 信号传导途径中的某个关键环节发生突变导致的功能丧失；三是将无活性GAs 转化成有活性GAs 的酶发生突变，外源施加的GAs 并且不是体内活性形式[14]。

潍坊学院本科毕业论文- -3 1材料与方法1.1试验材料韩国粳稻品种东津及其T-DNA （pGA2772）插入突变体sgs （small grain size ）。

1.2试验方法1.2.1主要仪器设备ImageJ 软件：National Institutes of Health 高速台式离心机：EppendorfPCR 仪：东胜创新生物科技有限公司荧光定量PCR 仪：Biorad1.2.2主要试剂DNA 回收试剂盒反转录试剂盒SYBR-Green qPCR 混合液RNA 提取试剂盒1.2.3水稻材料的大田种植两种水稻材料均种植在中国科学院遗传与发育研究所昌平实验农场。