两个P450单加氧酶在赤霉素代谢中的功能研究

赤霉素(GA)是一种重要的植物激素，调节和控制植物生长发育的不同过程。本实验室前期研究表明水稻EUI通过16-α,17环氧化反应催化非13-羟化GA分子的新去活化途径。本项目在拟南芥中发现两个与EUI同源的基因ELA1和ELA2。我们的前期工作表明ELA1和 ELA2也参与了GA的代谢途径。相对于EUI比较清楚的生物学功能，ELA1和 ELA2明确的生物学功能还不知道。本项目将利用水稻和拟南芥作为模式植物着重研究ELA1和 ELA2的催化机理和作用底物，并将利用这些基因研究改良水稻高产性状的途径。本项目对于深入理解GA代谢调控机制有重要的理论和实践意义。

赤霉素分子（Gibberellins，GAs）作为一种重要的植物激素调控植物生长发育的诸多方面。最近的研究表明，GA 也参与对生物与非生物胁迫的响应。前期研究发现水稻EUI1(ELONGATED UPPERMOST INTERNODE)通过降解体内的活性赤霉素分子参与调控水稻对病原菌的基础抗病性。本课题研究发现，水稻eui1 突变体对盐胁迫能力降低， 而超表达EUI1 基因的水稻和拟南芥耐盐性显著提高. 进一步研究发现， 积累高含量赤霉素的水稻eui1突变体对脱落酸(ABA)的敏感性下降，而赤霉素缺失的EUI1 超表达转基因水稻和拟南芥均改变了对于ABA 的敏感性。EUI1 基因的转录受逆境诱导， 其功能缺失与超表达调控了逆境标志基因的表达。我们同时对拟南芥中两个EUI同源基因ELA1和ELA2进行研究，对E1a1–OE和E1a2–OE植株进行盐胁迫、干旱胁迫及高温胁迫处理，结果表明E1a1–OE和E1a2–OE植株与野生型Col-0相比其盐胁迫、干旱胁迫能力增强，而耐高温能力明显降低，同时E1a1–OE和E1a2–OE植株对脱落酸(ABA)的敏感性增强，表明赤霉素在盐胁迫、干旱胁迫中起负调控作用，在高温胁迫中起正调控作用。综上推测，GA可能是通过影响ABA 的信号途径从而改变了植物对非生物胁迫的响应。同时，将ELA1和ELA2在水稻中进行超表达，结果显示经过几代稳定下来的超表达ELA1株系株高同超表达水稻EUI1 基因相似，矮化严重。而经过几代稳定下来的超表达ELA2株系同野生型相比，矮化程度较弱，并且分蘖数明显增加，单株结实率也增加，此项发现已申请专利并和孟山都公司合作，研究ELa2的异位表达对作物产量的影响，进一步研究ELa2在农作物中是否具有明显的增产效果，预计可能具有较好的分子育种应用潜力。