赤霉素在旱垂柳垂枝形成中的作用和分子基础

Being a specific tree architecture, weeping species are used worldwide as landscape plant. Weeping trait (pendulous-branched) has received increasing attention during the past years. Based on current analysis of various weeping species, plant hormone of gibberellin was may be responsible for weeping trait. However, the molecular mechanism of weeping trait remains poorly defined. The Flora of China recognizes three varietas within the species Salix matsudana, Salix matsudana var. pseudomatsudana, Salix matsudana var. anshanensis and Salix matsudana var. matsudana. However, among the three varietas, only the branchlets of S. matsudana var. pseudomatsudana are pendulous. . We have found that gibberellin play an important role in the development of tree architecture in willow. Firstly, in order to confirm the relation between gibberellin related genes and weeping in willow, we will use exogenous gibberellin treatment on S. matsudana and one related varietas species (S. matsudana var. pseudo-matsudana), with strikingly divergence in tree architecture. The variation of branch growth orientation and dynamic changes of gibberellin contents will be analysis. Then, we will use chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) technology to analysis the function and binding sites of gibberellin receptor protein GID1B and transcription factor GAI. Lastly, the branch growth orientation of up and down regulation transgenetic plant will be measured expect to find out the GID1B and GAI function related to weeping trait of S. matsudana var. pseudo-matsudana. Here, we first discuss the function of gibberellin in development of weeping trait in willow at the molecular level. Thus, our data provide valuable information for genetic improvement in morphological structure.

垂枝作为特殊的林木形态结构，因形态优美在全世界被广泛用于绿化和园林景观而成为研究热点。国内外对垂枝植物的研究表明赤霉素在垂枝形成中起作用，但是垂枝形成的分子背景仍比较缺乏。旱垂柳是旱柳的变种，却具有不同的形态结构，旱柳的枝短而直立生长，旱垂柳的枝长而下垂生长。前期我们已发现赤霉素在柳树枝条形成过程中起作用，因此本项目以旱柳和旱垂柳为研究对象，通过外源赤霉素处理试验，观察枝条生长方向和赤霉素含量的变化规律，在已有的赤霉素相关基因的基础上，确定哪些赤霉素基因与旱垂柳垂枝的形成有关。应用染色质免疫共沉淀技术研究赤霉素受体蛋白GID1B和转录因子GAI的结合位点和功能分析，通过正义、反义和RNAi技术转基因，比较转基因和野生型植株之间的枝条生长方向等表型差异，推断出GID1B和GAI在旱垂柳垂枝形成中的作用。将首次从分子水平探讨赤霉素在柳树垂枝形成中的作用，为林木形态的遗传改良提供基础理论依据。

垂枝作为特殊的林木形态结构，由于形态优美在全世界被广泛用于绿化和园林景观而成为研究热点。国内外对垂枝植物的研究表明赤霉素在垂枝形成中起重要作用，但是垂枝形成的分子背景仍比较缺乏。旱垂柳是旱柳的变种，却具有不同的形态结构，旱柳的枝短而直立生长，旱垂柳的枝长而下垂生长。本项目以旱垂柳为研究对象，通过外源赤霉素处理试验，确定赤霉素受体蛋白GID1B和DELLA蛋白GAI与旱垂柳的垂枝形成有关。通过转基因技术对GID1B和GAI进行功能分析，成功构建了2个基因的表达载体（pCAMBIA）和建立了遗传转化体系（确定潮霉素选择压为3mg/L，卡拉霉素选择压为40mg/L），利用该体系进行农杆菌介导遗传转化，成功获得基因成功整合并稳定表达的转基因植株。通过比较分析转基因和野生型植株之间的株高、枝条节间数量、节间长度和生长方向等表型差异，发现转GID1B基因植株与野生型植株无显著差异，仅GAI在旱垂柳的垂枝形成中起作用。因此继续以GAI为目的基因进行深入研究，对缺失17个氨基酸残基序列的突变版本mGAI进行功能分析，发现转mGAI基因植株的表型与野生型不同，表现出矮小和不能直立生长而下垂生长的表型。最终获得了具有垂枝表型的转GAI基因的植株，明确了DELLA蛋白GAI与旱垂柳的垂枝形成中的关键作用。首次从分子水平探讨赤霉素在柳树垂枝的形成中的作用，为林木形态的遗传改良提供基础理论依据。