狗牙根突变体的矮化抗旱机理研究

修剪、灌溉和施肥是草坪养护的三大基本措施。狗牙根是最重要的暖季型草坪草，虽较抗旱，但灌溉仍需大量用水，且生长季节需频繁修剪，因此培育和应用矮化抗旱狗牙根新品种可以降低管理成本和灌溉用水，而这有赖于对狗牙根矮化和抗旱机制的深入研究。本项目以申请人培育的矮化和抗旱性状稳定的狗牙根突变体及其亲本为材料，比较测定赤霉素、脱落酸等内源激素含量，以初步了解其矮化和抗旱是否与激素平衡改变有关。进一步采用SSH技术分析比较两个材料间差异表达的基因，以RT-PCR技术比较差异表达基因在干旱前后的表达差异，了解狗牙根突变体中与矮化和抗旱相关的基因。克隆2个与矮化和抗旱相关的候选基因cDNA全长，以表达上调和下调该候选基因的转基因植物进行功能验证，从而揭示狗牙根突变体的矮化、抗旱机理。本项目研究一方面从理论上阐明植物矮化与抗旱的基因调控，也可为定向培育矮化和抗旱的草坪草新品种提供依据。

本项目完全执行了原计划的研究内容。取得了以下主要进展：（1）比较了狗牙根矮化突变体及其亲本的主要内源植物激素含量，结果表明狗牙根矮化与内源激素变化无关。（2）采用SSH方法，获得了两个材料间差异表达的基因。重点比较分析了SMT1、SAMDC、Myb、SAHH和编码BTB/POZ蛋白基因在脱水过程中的表达规律，观察到SMT1基因的表达量在矮化突变体及其亲本间表现出极显著的差异，无论在正常条件还是脱水过程中，矮化突变体中SMT1的表达量都低于其亲本，而且随着干旱处理时间延长，表达量不断降低，表明该该基因很可能与狗牙根突变体的矮化和抗旱性有关；SAMDC基因受干旱诱导，而且狗牙根矮化突变体的表达量在正常和干旱调节下均高于亲本，表明该基因可能与其抗旱性有关；Myb的表达受干旱诱导，而且在受胁迫严重时，狗牙根矮化突变体的表达量高于亲本，而在正常条件及干旱初期两个材料间差异不大；矮化突变体中SAHH的表达量明显高于亲本，但该基因受干旱影响不大；BTB/POZ编码基因的表达受干旱诱导，而且在正常条件和干旱初期，狗牙根矮化突变体的表达量高于亲本。（3）对SMT1基因的系统研究表明，干涉SMT1基因的表达，导致转基因植物胆固醇积累，而菜油甾醇、谷甾醇和豆甾醇含量减少，SAMDC基因表达水平提高，亚精胺和精胺含量增加，降低植株高度，提高抗旱性。狗牙根突变体比起亲本具有更高的胆固醇、菜油甾醇、谷甾醇和豆甾醇，而高胆固醇（低的谷甾醇）、高谷甾醇（低菜油甾醇）和高的菜油甾醇（低的谷甾醇）均具有降低植株高度和育性的特点。因此，SMT1基因表达下调是狗牙根突变体表现矮化和抗旱性增强的原因。狗牙根突变体菜油甾醇、谷甾醇和豆甾醇含量的变化与转基因水稻干涉植株的不一致，表明狗牙根突变体可能除了SMT1基因外，还有其他的基因也参与了甾醇合成的调控。（4）通过对SAMDC基因的系统研究表明，干涉SAMDC基因的表达，导致转基因植物腐胺和亚精胺含量降低，降低植株高度，并降低抗旱性，证明SAMDC基因与抗旱性密切相关。狗牙根突变体中较高的SAMDC基因表达水平与其抗旱性增强有关。本项目还发现调控SMT1或SAMDC基因的表达能改变植物的育性。