植物激素调控细胞壁形成及水稻茎秆居间生长的分子机制

Gibberellin (GA) and brassinosteriod (BR) are important phytohormones for the internode intermediate growth. Cell wall formation responsible for plant morphogenesis often locates at the last steps of many developmental events. Cell wall formation proceeds under the control of many phytohormones. However, the underlying mechanisms of these controls are still unknown. In this study, we focus on the intermediate growth of rice internodes and aim to: 1. characterize cell wall features and gene expression patterns during the intermediate growth; 2. establish the molecular link or signal transduction pathways between the GA and BR actions and cell wall formation; 3. Identify the center modules that integrate GA and BR signals to control cell wall formation during the intermediate growth of rice internodes. Finally, reveal the mechanism of GA and BR roles on the control of intermediate meristem differentiation and internode development, which will be useful for the improvement of agronomic traits related to crop internodes, aiming to increase crop yield.

赤霉素和油菜素内酯是调控水稻茎秆居间生长的重要激素。而细胞壁合成通常处于植物生长的最末端，在植物形态建成中发挥重要作用。因此细胞壁形成受各种植物激素的严格调控，但其信号通路和分子机制并不清楚。本研究围绕水稻茎秆居间生长机制，旨在通过遗传学、生物化学、分子生物学、植物化学等多学科手段，从细胞壁形成调控入手解析赤霉素和油菜素内酯互作调控水稻茎秆居间分生组织分化、生长的分子基础。通过明确水稻茎秆居间生长中细胞壁合成规律、关键基因的表达特征、以及揭示赤霉素和油菜素内酯调控纤维素合酶等细胞壁关键基因表达的信号通路、关键分支点，从多方面阐明赤霉素和油菜素内酯在茎秆发育中的作用机制，为水稻茎秆相关性状的遗传改良提供新依据。

水稻茎秆居间生长对茎秆的发育至关重要。植物激素赤霉素(GA)和油菜素内酯(BR)是调控茎秆居间生长的关键激素。我们发现水稻茎秆居间生长不仅包括细胞伸长还包括次生壁的合成与沉积。然而，目前对于GA和BR在居间生长中如何调控次生壁合成及细胞伸长的信号通路和关键分支点仍不清楚。本研究围绕水稻茎秆居间生长机制，利用多学科手段解析GA和BR互作调控水稻茎秆居间分生组织分化、生长的分子基础，揭示了GA调控次生壁纤维素合成的完整信号转导通路，并证明该通路在高等植物中的保守性。与此同时，通过对发育中茎秆分段进行转录组测序，研究基因表达特征，配合生物信息学等手段筛选到多个参与次生壁形成和细胞伸长的下游候选基因，开展了相关遗传材料的创作工作。同样对发育中的茎秆分段进行GA和BR激素水平的测定，将激素水平、下游基因表达和茎秆解剖结构与细胞壁成分分析结合在一起来研究GA和BR在茎秆发育中的互作关系，发现了两种激素调控的关键节点在其信号转导通路上，这些发现揭示了植物激素直接调控细胞壁形成、进而影响茎秆发育的作用机制，为水稻茎秆相关性状的遗传改良提供新依据。