水稻叶倾角调控机制的研究

Plant architecture is an important agritrait of crop and leaf inclination angle affects rice photosynthesis ratio and dense planting. Researches on molecular mechanism of leaf angle and rolling will help rice breeding. Current studies have revealed that multiple factors were involved in leaf inclination, of which plant hormone played key roles. This study bases on systemic observation to illustrate the cellular basis of lamina joint development and the exaggerated leaf angles. Furthermore, exhaustive transcriptome analysis of developing lamina joint will help to characterize the genes possibly involved in the regulation of leaf inclination and provide clues to functional studies of differential expressed genes. The role of phytohormones during lamina joint formation will be studied in depth. In addition, through genetic screening, three mutants with altered inclination angle have been identified from the Shanghai T-DNA Insertion Population (SHIP), functional studies of these mutants will facilitate the interaction among multiple leaf inclination angle genes, and further reveal genetic regulatory networks of leaf inclination. Results from this study will provide clues to further exploration on the molecular mechanisms for leaf inclination formation and benefit of plant architecture breeding.

株型是作物的一个重要农艺性状，包括株高、分蘖、叶倾角等，其中叶倾角的大小对水稻叶片采光、光合生产量以及密植有重要影响，对叶倾角形成的分子机理及调控机制的研究对培育高产水稻的育种实践具有重要意义。申请者在水稻叶枕发育方面有较好的研究基础，本研究拟通过系统观察叶枕发育过程，明确细胞水平上叶倾角增大的原因，阐明叶枕发育的细胞学基础；进一步获得叶枕发育的基因表达谱，系统分析叶倾角形成过程的基因表达变化和涉及的生物学过程及信号通路，获得可能参与叶倾角形成的调控基因并进行功能研究，集中研究激素在叶枕发育过程中的作用；此外，利用实验室建立的水稻T-DNA插入突变体库鉴定到的三个叶倾角明显改变的突变体深入研究叶倾角调控基因间的互作和调控规律。其结果将初步阐明水稻叶倾角形成的细胞学基础和遗传调控网络，并为叶倾角调控机制的深入研究和水稻株型的改良和分子育种提供重要线索和理论基础。

株型是作物的一个重要农艺性状，对其生产和产量有重要影响。叶倾角是构成水稻株型的重要因素之一，适当的叶倾角有利于提高水稻光合效率，通过合理密植，能够有效提高产量。本研究从水稻叶枕发育的动态过程出发，系统研究了叶枕发育的细胞学基础和相关分子调控机制。研究结果表明叶枕发育过程中细胞分裂、细胞生长、细胞厚壁化是叶倾角形成的主要影响因素，叶枕近、远轴面细胞的不对称发育是叶倾角增大的原因。利用叶枕不同发育过程进行的转录组分析结果显示，叶倾角的增大是由早期叶枕发育的分子基础决定的。.基于表达谱结果，进一步分析了激素尤其是生长素在叶枕发育过程中的作用和调控机制。通过系统的遗传学、细胞生物学、分子生物学分析，分离了多个新的叶倾角调控基因，功能研究表明ELT1通过调控油菜素甾醇（BR）信号调控水稻叶倾角和株型；LC3通过调控生长素信号调控水稻叶倾角；LC4是OsmiR394的靶基因，介导了生长素调控的水稻叶枕发育。.我们从形态学、细胞学、转录组、基因功能等不同层面研究了叶枕发育过程和叶倾角的形成机制，这些结果将为解析叶倾角形成及其调控网络提供重要线索，并为水稻株型的改良和分子育种提供理论基础。