OsNAC2在水稻株型调控中的研究.pdf

摘要

水稻（OryzasativaL.）的理想株型是指通过改良株高、叶型、水稻分蘖等方式

获得高产稳产的水稻空间构型。水稻的理想株型使其能够最大限度的利用光能和提

高种植密度，从而增加粮食产量。分蘖角度和叶夹角是水稻株型的重要组成部分。

适当的缩小分蘖角度和叶夹角可以提高水稻的种植密度和光合作用效率来提高水稻

的单位面积产量。因而，研究水稻分蘖角度和叶夹角的调控机理对高产群体构建有

着重要意义。

实验室在前期研究中发现OsNAC2过表达植株分蘖角度和叶夹角明显增大，植株

呈散生生长。本研究通过半薄切片观察、激素处理、遗传学分析和生物信息学分析

等技术来研究OsNAC2对分蘖角度和叶夹角的调控，具体研究结果如下：

1、通过观察OsNAC2转基因植株的表型发现，与野生型相比，过表达植株分蘖

角度显著增加，干涉植株分蘖角度显著变小。通过对分蘖基部的半薄切片观察发现，

OsNAC2过表达植株分蘖基部近地侧的细胞无法正常伸长导致了分蘖角度增大。进一

步检测OsNAC2转基因植株的重力反应能力发现，OsNAC2过表达植株分蘖角度增大

可能是由于其重力反应能力减弱导致。

2、我们通过基因编辑获得了OsNAC2的转基因敲除植株，表型观察显示分蘖角

度和叶夹角均显著变小，重力反应能力增强。这表明OsNAC2的敲除植株表型与干涉

植株表型类似，进一步验证了OsNAC2可以调节重力反应来影响分蘖角度。

3、通过测定OsNAC2转基因植株重力处理后生长素含量发现，在干涉植株和敲

除植株中，生长素在近地侧积累量多于野生型，而过表达植株生长素在近地侧的积

累量要少于野生型。通过qRT-PCR检测发现，受生长素不对称分布诱导的下游基因

在OsNAC2过表达植株中的表达量明显下调。这表明OsNAC2负调控了生长素不对

称分布。

4、我们检测OsNAC2转基因株系中分蘖角度相关基因的表达量发现，LAZY1

（LA1）在过表达植株中表达量显著下调，在转基因敲除植株中表达量上调。遗传学

验证发现，OsNAC2与LA1位于不同的遗传途径来调节分蘖角度。

5、通过转录组分析发现OsNAC2参与了植物防御反应、植物激素信号转导和细

胞壁形成等生物途径。经GO富集分析发现野生型与过表的差异基因（DEGs）在生

物过程、细胞组分及其分子功能均有分布。通过转录组分析筛选出一些与分蘖角度

I

相关的DEGs。

6、我们通过测量OsNAC2转基因植株的叶夹角发现，与野生型相比，过表达植

株叶夹角显著增加，干涉植株和敲除植株叶夹角显著变小。通过观察其叶枕的细胞

结构发现，OsNAC2过表达植株的叶夹角增大是由于叶枕近轴侧的细胞分裂增多，并

且维管束附近的厚壁细胞减少。此外通过高浓度的BR处理后，干涉植株的叶夹角增

加幅度大于野生型，表明OsNAC2干涉株系对BR更敏感。

7、我们进一步在粳稻品种松粳3号和籼稻品种桂99中过表达OsNAC2。表型观

察显示，这两个品种过表达OsNAC2后分蘖角度增大，株型散生生长。这表明

OsNAC2在不同的水稻品种中功能保守，有助于其他水稻品种的株型改良。

综上所述，OsNAC2是一个正调控水稻分蘖角度基因，可能参与了水稻的重力反

应途径来调控分蘖角度。OsNAC2也是正调控叶夹角的基因，影响了叶枕近轴侧的细

胞分裂和厚壁细胞的形成，进而调节叶夹角大小。

关键词：OsNAC2；重力反应；分蘖角度；叶夹角；水稻株型

II

英文缩略词

简称英文全名中文全名

gmicrogram微克

µLmicrolitre微升

6-BA6-Benzylaminopurine6-苄氨基嘌呤

Ampampic