强再生力水稻品种碳氮营养与激素生理特征研究
黄素华, 林席跃, 雷正平, 丁在松, 赵明
作物学报
2021, 47 ( 11):
2278-2289.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.02070
明确强再生力品种腋芽萌发的生理基础与激素调控特点对于再生稻品种筛选和栽培技术调控具有重要意义。本研究利用在江西崇义县建立的再生稻品种筛选平台, 分析了2019年筛选的13个品种头季收获时不同部位的非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrate, NSC)及全氮含量, 并对促进和抑制腋芽萌发的主要激素油菜素内酯和独脚金内酯的合成和信号转导关键基因的表达进行了研究。结果表明, 13个品种的再生力存在较大的差异, 变化范围为1.26~2.38; 不同品种之间, 不同节位之间的叶片、叶鞘和茎秆的可溶性糖、淀粉和非结构性碳水化合物含量均存在极显著的差异(P值均小于0.001); 而全氮含量除了上下节位茎秆的差异不显著外, 其余的也均存在极显著的差异; 与再生力的相关性分析表明仅有下部节位茎秆的可溶性糖、淀粉和NSC含量与再生力相关性达到显著或极显著水平(R2分别为0.4442*、0.9000**和0.8303**), 而其他均无显著相关性。强再生力品种谷优676中BR合成和信号途径中促进分蘖的基因CYP90A、CYP852A、D2、BRI、BSK和CYCD3表达水平增高, 而抑制分蘖的基因CYP734A1、BZR和BKI表达水平较低。可见, 可以利用下部节位茎秆的淀粉含量作为强再生力品种的筛选指标, 同时以BR途径相关基因表达水平作为辅助指标。
基因功能
Gene function | 基因
Gene | 基因座位
Locus | 上游引物
Forward primer (5′-3′) | 下游引物
Reverse primer (5′-3′) | | 内参References | GAPDH | Os02g0601300 | CATGTTCAAGTATGACACCGTC | CACCAGTAGACTCAACAACGTA | BR合成
BR synthesis | CYP90B | Os03g0227700 | GAAGATCCTGCCGGTGTTAG | TACTCTTCCATCTCCAGGGATT | | CYP90A | Os12g0139300 | AGCCTCATCAATCTCACTCATT | GTCTTGTACGCCGAGATGAG | | D2 | Os01g0197100 | CCAACTGGAAGAGGAGAACATA | ACATGTAGTCTGTCCATTGCAA | | CYP85A2 | Os03g0602300 | TGGAGAAGAACATGGAATCACA | GGAATGTTGCAATTTCTACGGT | | CYP734A1-1 | Os06g0600400 | GCTAGCTAGGAAAAGACAGGAA | GTACCACTAGTCTGTTAGCGAG | | CYP 734A1-2 | Os01g0388000 | ACCACCACTGGAAGAAAATCTA | CGTCTTGTTCTTGGTTGTTGTT | BR信号转导
BR signal transduction | BRI | Os01g0718300 | GATGGCAATGTTCAAGGAGATC | GAATGACTGTTGTTTCTACGGG | | BSK | Os10g0571300 | CTTTTGAGTGGGAAGCACATAC | TTAGCATACTGCCCTTCTAAGG | | BKI | Os08g0474500 | GTCGTCCTTGTCCAATAATCG | CCGGAGATGATGAACGAGTG | | BZR | Os07g0580500 | ATTTGGGCGATTTCATTCTAGC | CGTGAATAAAATCAGCCGTGAT | | CYCD3 | Os09g0111100 | AGGGTTCAGTCCAAGAAAAAGA | GACAAAACAGCTTCTTCCTCAC | SLs合成
SLs synthesis | D10 | Os04g0550600 | TGCAAAGAAGATAGGGACAGAG | GGAATCCCATTGGAAAAGTGAG | | D17 | Os01g0746400 | CTGTACAAGTTCGAGTGGCA | GTTGATGAAGTGGAACGTCAC | | D27 | Os11g0587000 | AGAAGCTTCTGGGCTAAAGAAT | ACCTTGATCATTGTGAGGATGT | SLs信号转导
SLs signal transduction | D3 | Os06g0154200 | ATCTTTCACTATGGGAGCGATT | CATGGATGAAAAGCTTCCTGAG | | D14 | Os03g0203200 | AGAAAGAGAGAGAAGAAGCGAG | CGCGCTCCCCTTTTATATACTA | | D53 | Os11g0104300 | CTTCCTCTCCAAATTCCCCTT | AGAGAAGAGAAAAGGCTTGACC | | SPL14 | Os08g0509600 | GATGGATTGGTCTCTGTAGAGG | TTGAACACAAAATAAGGGCAGG | | TB1 | Os03g0706500 | CAATCTTGTGAGCACCGAATTG | GTGTGTGGATGGATGATCACAT |
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表2
基因表达分析的引物
正文中引用本图/表的段落
明确强再生力品种腋芽萌发的生理基础与激素调控特点对于再生稻品种筛选和栽培技术调控具有重要意义。本研究利用在江西崇义县建立的再生稻品种筛选平台, 分析了2019年筛选的13个品种头季收获时不同部位的非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrate, NSC)及全氮含量, 并对促进和抑制腋芽萌发的主要激素油菜素内酯和独脚金内酯的合成和信号转导关键基因的表达进行了研究。结果表明, 13个品种的再生力存在较大的差异, 变化范围为1.26~2.38; 不同品种之间, 不同节位之间的叶片、叶鞘和茎秆的可溶性糖、淀粉和非结构性碳水化合物含量均存在极显著的差异(P值均小于0.001); 而全氮含量除了上下节位茎秆的差异不显著外, 其余的也均存在极显著的差异; 与再生力的相关性分析表明仅有下部节位茎秆的可溶性糖、淀粉和NSC含量与再生力相关性达到显著或极显著水平(R2分别为0.4442*、0.9000**和0.8303**), 而其他均无显著相关性。强再生力品种谷优676中BR合成和信号途径中促进分蘖的基因CYP90A、CYP852A、D2、BRI、BSK和CYCD3表达水平增高, 而抑制分蘖的基因CYP734A1、BZR和BKI表达水平较低。可见, 可以利用下部节位茎秆的淀粉含量作为强再生力品种的筛选指标, 同时以BR途径相关基因表达水平作为辅助指标。
1.3.5 基因表达水平检测 选用BR和SL生物合成、代谢和信号转导途径上的关键基因19个, 其功能和所用的引物序列见表2, 内参使用GAPDH基因, 所有引物均由北京华大基因研究中心合成, 引物设计来自qPCR引物数据库[16]。采用TRIzol法提取头季稻收获前2 d下部节位腋芽和叶片样品的总RNA, 按照RevertAid RT Kit (Thermo Scientific)进行cDNA单链合成, 稀释10倍后作为qRT-PCR模板; 采用ABI Quant Studio 6荧光定量PCR仪(美国)进行qRT-PCR检测, 并按照KOD SYBR qPCR Mix (Toyobo)方法配置反应体系, 采用2-ΔΔCt法计算基因相对表达量。
图4显示了13个水稻品种头季收获前植株上、下不同节位叶片、叶鞘和茎秆的全氮含量。品种间以及上下节位间的全氮含量除了上下部茎秆之间差异不显著(P=0.257)外, 均存在极显著的差异(P值均远小于0.001)。上、下部节位叶片, 叶鞘和茎秆中全氮的变化范围分别为1.842%~3.508%和11.171%~2.757%, 0.601%~1.051%和0.452%~1.028%, 以及0.379%~0.830%和0.260%~0.947%。13个品种上部叶片的氮素含量均显著大于下部叶片的氮素含量, 而在叶鞘和茎秆中, 则有部分品种表现出植株下部组织的氮素含量更高。例如, 再生率最高的品种谷优676茎秆和叶鞘中全氮含量植株下部比上部分别高17.22%和47.18%。相关性分析表明各部位氮素含量与再生率的相关性均不显著(R2范围为0.0056~0.1864)。
本文的其它图/表
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