水稻分蘗與植株碳氮化合物含量和分蘗相關(guān)基因表達(dá)量關(guān)系分析

金正勛，張玉磊，潘冬，同拉嘎，李丹，李明月，王海微，韓云飛，張忠臣

水稻分蘗與植株碳氮化合物含量和分蘗相關(guān)基因表達(dá)量關(guān)系分析

金正勛，張玉磊，潘冬，同拉嘎，李丹，李明月，王海微，韓云飛，張忠臣

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱150030）

以分蘗特性不同的4個(gè)寒地粳稻品種和2個(gè)秈稻品種為供試材料，通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究水稻分蘗發(fā)生與植株可溶性糖、全氮含量及分蘗相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量關(guān)系。結(jié)果表明，分蘗發(fā)生起始時(shí)間、速度及最高莖數(shù)等分蘗特性主要受遺傳因素控制，穗數(shù)型品種分蘗早生快發(fā)；在分蘗過(guò)程中高分蘗品種植株可溶性糖含量和糖氮比均顯著高于低分蘗品種，全氮含量與此相反；分蘗過(guò)程中高分蘗品種OsTB1、OsD3和OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量均顯著低于低分蘗品種，OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量均顯著高于低分蘗品種；分蘗發(fā)生數(shù)與分蘗不同時(shí)期植株全氮含量呈不顯著負(fù)相關(guān)，與可溶性糖含量、糖氮比及OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量呈顯著正相關(guān)，與OsTB1、OsD3、OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量呈顯著負(fù)相關(guān)。

水稻；分蘗；可溶性糖含量；氮含量；基因表達(dá)

分蘗是水稻重要農(nóng)藝性狀，直接影響水稻穗數(shù)和產(chǎn)量。水稻分蘗包括分蘗芽萌發(fā)和伸長(zhǎng)[1]，受激素和環(huán)境等因素控制[2]，其中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素在分蘗芽發(fā)育過(guò)程中起重要作用，獨(dú)腳金內(nèi)酯可調(diào)控分蘗發(fā)生[3]。水稻分蘗相關(guān)基因OsD3、OsTB1、OsMADS 57、OsD14表達(dá)影響水稻分蘗形成。OsD3蛋白抑制水稻分蘗芽活性，維持其休眠性[4]，D3組裝成SCFD3復(fù)合體，與OsD14聯(lián)合抑制水稻地上部分枝[5]，OsD14抑制水稻分蘗發(fā)生，負(fù)調(diào)節(jié)水稻分蘗數(shù)[6-7]。OsMADS57直接抑制OsD14基因表達(dá)，增加分蘗數(shù)，OsTB1可與OsMADS57互作，削弱OsMADS57對(duì)OsD14轉(zhuǎn)錄抑制作用[8]。OsTB1編碼的轉(zhuǎn)錄因子含有一個(gè)堿性螺旋-環(huán)-螺旋類型DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，稱TCP結(jié)構(gòu)域，作用于獨(dú)角金內(nèi)酯下游基因，編碼TCP家族轉(zhuǎn)錄因子，抑制水稻側(cè)芽伸長(zhǎng)，負(fù)調(diào)節(jié)水稻分蘗數(shù)[9]。OsTB1表達(dá)基本不受IAA影響，但受細(xì)胞分裂素BAP負(fù)調(diào)節(jié)[10]。水稻植株碳氮代謝與分蘗發(fā)生、生長(zhǎng)、衰亡密切相關(guān)，碳代謝為植株提供能量、碳源及碳骨架[11]。分蘗節(jié)中含有較高可溶性糖含量，有利于分蘗生長(zhǎng)發(fā)育，提高小麥成穗率，小麥各生育時(shí)期植株全氮含量與可溶性糖含量影響分蘗發(fā)育[12]。

分蘗相關(guān)基因功能、相互關(guān)系及碳氮化合物對(duì)分蘗形成影響方面已有大量研究，但不同分蘗特性品種分蘗過(guò)程中上述基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)特性、碳氮內(nèi)含物變化動(dòng)態(tài)及相互關(guān)系等方面報(bào)道較少。本試驗(yàn)選用分蘗特性不同的4個(gè)寒地粳稻品種和2個(gè)秈稻品種，通過(guò)盆栽試驗(yàn)，比較分析水稻分蘗過(guò)程中分蘗相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量及植株全氮和可溶性糖含量與分蘗形成間關(guān)系，旨在為闡明水稻分蘗形成的分子調(diào)控機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1供試材料與方法

選用分蘗特性不同的4個(gè)寒地粳稻品種DN20、DN22、東農(nóng)423、藤系180和2個(gè)秈稻品種廣二石、豐美占，2016年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院開展盆栽試驗(yàn)，盆規(guī)格為長(zhǎng)60 cm、寬40 cm、高40 cm。大缽體盤育苗，4月5日播種，每孔雙粒播催芽籽，大棚旱育秧管理，5月13日選取長(zhǎng)勢(shì)一致秧苗等距離插秧，每盆16穴，每穴2棵苗，每個(gè)品種2盆，正常水肥管理。每盆標(biāo)記4穴秧苗調(diào)查葉齡和分蘗數(shù)，成熟后供考種。剩余秧苗定期取樣，供RNA提取、可溶性糖和植株全氮含量測(cè)定。每次取樣保證秧苗間空間距離，以防個(gè)體間產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。

從分蘗開始，按葉齡調(diào)查每個(gè)品種莖數(shù)并取樣。取樣后剪取莖基部1～2 cm分蘗節(jié)，迅速液氮處理后，置于-80℃冰柜保存?zhèn)溆茫糜赗NA提取，剩余植株在105℃殺青10 min，65℃烘干，粉碎后過(guò)80目篩，粉末用于可溶性糖和全氮含量測(cè)定。

1.2測(cè)定方法

1.2.1 植株可溶性糖和全氮含量測(cè)定

采用蒽酮比色法測(cè)定植株可溶性糖含量[13]，凱氏定氮法測(cè)定植株全氮含量[14]。

1.2.2 分蘗相關(guān)基因表達(dá)量測(cè)定

經(jīng)NCBI搜索基因登錄號(hào)，多重比對(duì)后從水稻基因庫(kù)獲得基因保守區(qū)域，使用Primer 5.0及NCBI內(nèi)Primer BLAST功能，在基因保守區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)高特異性Actin內(nèi)參基因[15]和分蘗相關(guān)基因引物（見表1）。

采用trizol法提取分蘗節(jié)部位總RNA，利用RNA-free DNaseI去除基因組DNA，測(cè)定OD260nm和OD280nm值，檢測(cè)提取RNA質(zhì)量并計(jì)算濃度，按照All-in-One First-Strand Synthesis MasterMix反轉(zhuǎn)錄試劑盒說(shuō)明書作反轉(zhuǎn)錄。反轉(zhuǎn)錄結(jié)束后，測(cè)定cD?NA OD260nm和OD280nm值，檢測(cè)其濃度，按照SYBR Green qPCR Premix試劑盒和Roche 480熒光定量PCR儀試劑盒說(shuō)明書作Realtime RT-PCR反應(yīng)。以Action基因作為內(nèi)標(biāo)基因，結(jié)果采用Delta-delta Ct法分析。

1.3數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 21.0和Excel 2007處理和分析數(shù)據(jù)。

表1 引物信息Table 1 Primer information

2 結(jié)果與分析

2.1產(chǎn)量性狀比較

由表2可知，供試品種間最高莖數(shù)和穗數(shù)差異顯著，莖數(shù)依次為廣二石＞豐美占＞DN20＞藤系180＞DN22＞東農(nóng)423，說(shuō)明最高莖數(shù)和穗數(shù)受遺傳因素控制。供試品種間每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、每穴粒重等性狀差異顯著，每穴粒重與最高莖數(shù)和穗數(shù)間相關(guān)系數(shù)分別為0.9645和0.9505，達(dá)極顯著水平，與每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重間相關(guān)系數(shù)分別為0.4703、-0.3749、-0.4991，均未達(dá)顯著水平。說(shuō)明增加單穗粒數(shù)和千粒重有利于提高單株粒重，但對(duì)最高莖數(shù)和穗數(shù)增產(chǎn)效果更顯著。

表2 供試品種間產(chǎn)量性狀比較Table 2 Comparison of rice yield traits among different varieties

2.2分蘗特性比較

以插秧當(dāng)天為基準(zhǔn)，定期定苗調(diào)查供試品種莖數(shù)，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，分蘗過(guò)程中供試品種分蘗變化趨勢(shì)基本一致，隨著秧苗生長(zhǎng)分蘗數(shù)逐漸增多，達(dá)到最高莖數(shù)后開始減少，最終保持平穩(wěn)。但不同品種間分蘗發(fā)生速度、達(dá)到最高分蘗時(shí)間及最終分蘗數(shù)等差異顯著，其中DN20和DN22插秧后約51 d達(dá)到最高分蘗數(shù)15和10個(gè)，最終分蘗數(shù)14和9個(gè)；東農(nóng)423和藤系180在插秧后約44 d達(dá)到最高分蘗數(shù)8和11個(gè)，最終分蘗數(shù)8和11個(gè)；秈稻廣二石和豐美占莖數(shù)插秧后一直平穩(wěn)增加，插秧后72 d分蘗數(shù)減少，插秧后86 d廣二石減少至16個(gè)，豐美占減少至14個(gè)，且廣二石分蘗數(shù)始終多于豐美占。在分蘗發(fā)生速度上，插秧后16 d穗數(shù)較多品種廣二石和DN20莖數(shù)均為3個(gè)，而穗數(shù)較少品種DN22和東農(nóng)423莖數(shù)分別為3和2個(gè)，插秧后23 d穗數(shù)較多品種廣二石和DN20莖數(shù)均為6個(gè)，而穗數(shù)較少品種DN22和東農(nóng)423莖數(shù)分別為5和3個(gè)，廣二石和DN20莖數(shù)始終多于DN22和東農(nóng)423。說(shuō)明穗數(shù)較多品種分蘗起始時(shí)間早，發(fā)生速度快，即早生快發(fā)，而莖數(shù)較少品種與此相反，分蘗發(fā)生起始時(shí)間、速度以及最高莖數(shù)等分蘗特性主要受遺傳因素控制。另外，豐美占品種雖然穗數(shù)多，但分蘗發(fā)生時(shí)間較廣二石和DN20晚，早期分蘗發(fā)生速度慢，說(shuō)明該品種耐寒性較弱。

2.3分蘗不同時(shí)期植株全氮含量和可溶性糖含量比較

結(jié)果見表3。

表3 分蘗不同時(shí)期供試品種間植株全氮含量和可溶性糖含量比較Table 3 Total nitrogen content and soluble sugar content of rice plants among different varieties during tillering period

由表3可知，在分蘗過(guò)程中供試品種可溶性糖含量均呈先降后升的V字型變化動(dòng)態(tài)，峰底出現(xiàn)在插秧后44 d，而植株全氮含量均在插秧后30～44 d快速降低，44 d后緩慢降低。就分蘗不同時(shí)期植株可溶性糖和全氮含量而言，各時(shí)期莖數(shù)較多品種DN20、廣二石和豐美占植株可溶性糖含量顯著高于莖數(shù)較少品種藤系180、DN22、東農(nóng)423，而全氮含量則與此相反，DN22和東農(nóng)423顯著高于廣二石和豐美占，但DN20植株分蘗前期全氮含量較高，分蘗后期仍低于DN22和東農(nóng)423。在分蘗過(guò)程中莖數(shù)最少的品種東農(nóng)423植株可溶性糖含量始終顯著低于其他品種，而全氮含量始終顯著高于其他品種。說(shuō)明在分蘗過(guò)程中植株可溶性糖和全氮含量發(fā)生規(guī)律性變化，且與分蘗發(fā)生密切相關(guān)，可溶性糖含量高有利于分蘗發(fā)生。

在分蘗過(guò)程中供試品種植株糖氮比均逐漸升高，且插秧51d后升高幅度較大。DN20、廣二石和豐美占植株糖氮比在分蘗各時(shí)期均顯著高于DN22、東農(nóng)423和藤系180。說(shuō)明水稻生長(zhǎng)前期植株糖氮比高促進(jìn)分蘗，分蘗發(fā)生后期植株以碳代謝為主。

2.4分蘗不同時(shí)期分蘗相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量比較

分蘗不同時(shí)期供試品種分蘗相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)量比較結(jié)果見表4。

表4 分蘗不同時(shí)期品種間分蘗相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量比較Table 4 Relative expression of tiller-related genes among different varieties at different period

由表4可知，在分蘗過(guò)程中OsTB1基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量各粳稻品種呈先降后升的V字型變化趨勢(shì)，峰底出現(xiàn)在插秧后37 d，而2個(gè)秈稻品種則緩慢降低；在分蘗過(guò)程中供試6個(gè)品種OsD3和OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量均緩慢降低，4個(gè)粳稻品種Os?MADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量均逐漸降低，2個(gè)秈稻品種逐漸升高。說(shuō)明存在分蘗過(guò)程中與分蘗形成相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量變化趨勢(shì)一致或不一致甚至完全相反基因和品種，且對(duì)分蘗形成影響有一致或不一致基因，既有相互獨(dú)立也有相互關(guān)聯(lián)基因。在分蘗過(guò)程中OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量普遍高于其他基因，尤其是莖數(shù)較多品種更明顯，說(shuō)明該基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)對(duì)分蘗形成影響較大。

就分蘗不同時(shí)期各基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量而言，分蘗各時(shí)期DN20、廣二石和豐美占的OsTB1、OsD3和OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量均顯著低于DN22、東農(nóng)423和藤系180，而OsMADS57基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)量與此相反，DN20、廣二石和豐美占OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量均顯著高于DN22、東農(nóng)423和藤系180。說(shuō)明OsTB1、OsD3和OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量增加抑制分蘗形成，而OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量增加有利于分蘗形成，分蘗相關(guān)基因起抑制或促進(jìn)作用。

2.5分蘗數(shù)與植株全氮含量、可溶性糖含量和糖氮比及分蘗相關(guān)基因表達(dá)量間關(guān)系

根據(jù)分蘗不同時(shí)期供試品種分蘗數(shù)和植株全氮含量、可溶性糖含量、糖氮比及分蘗相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量計(jì)算簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表5。

表5 分蘗數(shù)與植株全氮含量、可溶性糖含量、糖氮比及分蘗相關(guān)基因表達(dá)量間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)Table 5 Simple correlation coefficient among tiller amount,total nitrogen content in plant,soluble sugar content, ratio of sugar to nitrogen and tiller related gene expression quantity

由表5可知，分蘗數(shù)與分蘗不同時(shí)期植株全氮含量呈不顯著負(fù)相關(guān)，與可溶性糖含量和糖氮比及OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量呈顯著正相關(guān)，與OsTB1、OsD3、OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量呈顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明在分蘗過(guò)程中植株可溶性糖含量和糖氮比及上述基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量與分蘗形成密切相關(guān)，植株氮含量及OsTB1、OsD3、OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量提高則抑制分蘗，植株可溶性糖含量及OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量提高則促進(jìn)分蘗。

2.6分蘗相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量與植株全氮含量、可溶性糖含量和糖氮比關(guān)系

根據(jù)分蘗不同時(shí)期供試品種植株全氮含量、可溶性糖含量、糖氮比及分蘗相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量計(jì)算相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表6。

由表6可知，在分蘗不同時(shí)期OsTB1、OsD3和OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量與可溶性糖含量和糖氮比均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量與可溶性糖含量和糖氮比均呈極顯著或顯著正相關(guān)；OsTB1、OsD3和OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量與植株全氮含量呈顯著或不顯著正相關(guān)，OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量與植株全氮含量呈不顯著負(fù)相關(guān)。

說(shuō)明上述分蘗相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量與植株可溶性糖含量和植株全氮含量密切相關(guān)，增加植株氮含量將可提高OsTB1、OsD3和OsD14基因并抑制OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量，增加植株可溶性糖含量可提高OsMADS57基因并抑制OsTB1、OsD3和OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量。

表6 水稻分蘗相關(guān)基因表達(dá)量與植株全氮量、可溶性糖含量、糖氮比簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)Table 6 Simple correlation coefficient among rice tiller related gene expression quantity, total nitrogen content in plant,soluble sugar content and ratio of sugar to nitrogen

3 討論

3.1植株碳氮化合物對(duì)分蘗形成的調(diào)控機(jī)理

研究表明，水稻分蘗除受遺傳因素影響，也受外界營(yíng)養(yǎng)因素影響[16]。以氮素對(duì)分蘗生長(zhǎng)影響尤為明顯[17]，一方面調(diào)節(jié)水稻體內(nèi)碳氮代謝，另一方面調(diào)控水稻內(nèi)源激素合成影響分蘗[18]。馮來(lái)定等研究發(fā)現(xiàn)，水稻分蘗數(shù)與土壤溶液中NH4+濃度密切相關(guān)，當(dāng)NH4+濃度在100～120 mg·L-1時(shí)，水稻主莖3個(gè)低節(jié)位分蘗可正常發(fā)生，而土壤中NH4+濃度在30 mg·L-1時(shí)，上位分蘗發(fā)生會(huì)自然終止，控制最高分蘗數(shù)可提高成穗率[19]。丁艷鋒等研究表明，過(guò)高過(guò)低供氮水平均不利水稻分蘗發(fā)生[20]。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同分蘗特性的品種間植株可溶性糖和全氮含量差異顯著，分蘗數(shù)與分蘗不同時(shí)期植株全氮含量呈不顯著負(fù)相關(guān)，與可溶性糖含量和糖氮比呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明在分蘗過(guò)程中植株可溶性糖含量和全氮含量與分蘗發(fā)生密切相關(guān)。氮素為植物生長(zhǎng)發(fā)育必需元素之一，可調(diào)控分蘗，其含量過(guò)低會(huì)引起分蘗停止。但植株體內(nèi)氮素濃度過(guò)高不利于分蘗形成。在10～90 mg·L-1時(shí)，外界氮濃度與水稻分蘗發(fā)生呈二次曲線關(guān)系證明氮濃度過(guò)高不利于分蘗發(fā)生[21]。楊文鈺等研究表明，分蘗節(jié)中含較高可溶性糖時(shí)，有利于分蘗生長(zhǎng)發(fā)育，提高小麥成穗率，小麥各生育時(shí)期植株全氮與可溶性糖含量共同影響分蘗發(fā)育[12]。本試驗(yàn)中莖數(shù)較多品種植株全氮含量低于莖數(shù)較少品種，而植株可溶性糖含量卻高于莖數(shù)較少品種，表明植株可溶性糖和氮含量對(duì)分蘗形成起重要調(diào)控作用。Frank等指出，莖中可溶性糖含量可作為影響分蘗數(shù)目和成活率重要因素[22]，糖為組成細(xì)胞“骨架”和能量物質(zhì)，由組成細(xì)胞成分和消耗可知，糖需要量大，氮素比例較小。在高等植物中氮素含量與Rubisco間存在線性關(guān)系[23]。相關(guān)研究認(rèn)為葉片氮含量和光合作用能力之間呈高度正相關(guān)[24-25]，一定范圍內(nèi)增加氮素施用量會(huì)增加RuBP羧化酶活性[26]，提高RuBP羧化酶活性可增加光合產(chǎn)物量[27]。金正勛等認(rèn)為，增加氮素營(yíng)養(yǎng)可提高葉片含氮量，提高RuBP羧化酶各亞基基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量和RuBP羧化酶含量，最終提高RuBP羧化酶活性，為葉片光合效率提供物質(zhì)基礎(chǔ)，提高水稻葉片光合效率[28]。氮代謝強(qiáng)于糖代謝，有利于分蘗發(fā)生，而糖代謝強(qiáng)于氮代謝，則有利于分蘗生長(zhǎng)[12]。同一品種植株含氮量較高，含糖量相應(yīng)提高[29]。因此，氮素營(yíng)養(yǎng)通過(guò)碳代謝調(diào)控分蘗形成，在分蘗過(guò)程中增加氮素營(yíng)養(yǎng)有利于增強(qiáng)以光合作用為主的碳代謝，合成更多碳水化合物，滿足形成分蘗需要。

3.2分蘗形成的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理

基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)為基因表達(dá)調(diào)控重要環(huán)節(jié)之一。Lee等研究結(jié)果表明，谷氨酰胺合成酶基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量升高顯著增加組織內(nèi)谷氨酰胺合成酶含量[30-31]。朱立楠等研究表明，在灌漿過(guò)程中胚乳異淀粉酶家族基因mRNA表達(dá)量與異淀粉酶活性呈正相關(guān)；異淀粉酶家族基因mRNA表達(dá)量和異淀粉酶活性及支鏈淀粉含量變化同步[32]。徐振華等研究表明，籽粒蛋白質(zhì)含量與GS1.3和GS2基因mRNA表達(dá)量密切相關(guān)，籽粒蛋白質(zhì)含量高的品種GS基因mRNA表達(dá)量高[33]?？芍蜣D(zhuǎn)錄表達(dá)量與酶活性和性狀呈線性關(guān)系。OsD3、OsTB1、OsMADS57、OsD14基因是與水稻分蘗相關(guān)基因。OsTB1控制分蘗芽伸長(zhǎng)，過(guò)量表達(dá)顯著減少水稻分蘗數(shù)目，為水稻分蘗芽生長(zhǎng)負(fù)調(diào)控基因[6]，但表達(dá)量變化與分蘗變化非顯著負(fù)相關(guān)，在分蘗后期上調(diào)表達(dá)；不同品種OsTB1上調(diào)表達(dá)時(shí)間不同。OsTB1可能與水稻分蘗終止有關(guān)，抑制無(wú)效分蘗發(fā)生。OsD3組裝成一個(gè)SCFD3復(fù)合體與OsD14共同轉(zhuǎn)導(dǎo)獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)，抑制水稻分蘗[34]，OsD3、OsD14與OsTB1也作為分蘗負(fù)調(diào)控基因，但與水稻分蘗變化呈負(fù)相關(guān)，與氮代謝關(guān)系密切。Os?MADS57抑制OsD14表達(dá)，增加水稻分蘗[8]。上述分蘗相關(guān)基因在分蘗形成過(guò)程中作用不同，既有通過(guò)分蘗芽形成起直接作用基因，也有通過(guò)激素合成起間接作用基因。由本試驗(yàn)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量分析結(jié)果可知，分蘗各時(shí)期莖數(shù)較多品種OsTB1、OsD3和OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量均顯著低于莖數(shù)較少品種，而OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量是莖數(shù)較多品種顯著高于莖數(shù)較少品種。分蘗數(shù)與分蘗不同時(shí)期OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量呈顯著正相關(guān)，與OsTB1、OsD3、OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明OsD3、OsTB1、OsD14、OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量與分蘗形成密切相關(guān)，OsTB1、OsD3和OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量增加抑制分蘗形成，而Os?MADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量增加有利于分蘗形成，不同基因間存在關(guān)聯(lián)。分蘗相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量與植株可溶性糖含量和植株全氮含量密切相關(guān)，增加植株氮含量提高OsTB1、OsD3和OsD14基因并抑制OsMADS57基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量，而增加植株可溶性糖含量將提高OsMADS57基因并抑制OsTB1、OsD3和OsD14基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量。劉楊等研究表明，外源氮素可顯著降低OsTB1、OsD3等表達(dá)[35]，硝酸鹽[18]、銨[36]、谷氨酰胺和谷氨酸[37]等氮化合物可作為調(diào)節(jié)基因表達(dá)氮信號(hào)，而基因型是影響糖含量和糖氮比主導(dǎo)因子[38]。據(jù)此本文認(rèn)為，氮素既是水稻生長(zhǎng)發(fā)育必需營(yíng)養(yǎng)元素，又是調(diào)節(jié)基因表達(dá)外源信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)碳氮代謝，影響碳氮化合物合成與積累及碳氮比，調(diào)控分蘗相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量，影響相關(guān)酶活性和激素合成，調(diào)節(jié)分蘗發(fā)生和生長(zhǎng)。因此，通過(guò)氮肥調(diào)控分蘗的栽培技術(shù)應(yīng)根據(jù)分蘗相關(guān)基因表達(dá)規(guī)律確定合理施用量和施用時(shí)期，以便有效控制氮素營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，協(xié)調(diào)促進(jìn)植株碳氮代謝，為調(diào)控分蘗相關(guān)基因表達(dá)所需碳水化合物合成提供物質(zhì)基礎(chǔ)，尤其是分蘗發(fā)生后期通過(guò)氮素營(yíng)養(yǎng)控制減緩碳代謝，降低植株體內(nèi)含糖量和含氮量，提高有效分蘗率，促使水稻及時(shí)轉(zhuǎn)入生殖生長(zhǎng)，保證水稻成熟。

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Correlation analysis of plant carbon-nitrogen content and tiller-related gene expression with rice tiller formation/

JIN Zhengxun,ZHANG Yulei,PAN Dong, TONG Laga,LI Dan,LI Mingyue,WANG Haiwei,HAN Yunfei,ZHANG Zhongchen
（School of Agriculture,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin 150030,China)

To investigate the relationship of soluble sugar content,total nitrogen content and tiller-related gene expression with tiller formation,four Japonica varieties in cold area and two Indica varieties with different tiller characteristics were used.The results showed that the tiller characteristics,tiller starting time,formation speed and the highest tiller number etc.,were mainly controlled by genotypes,especially in panicle number varieties.At tillering stage,soluble sugar content,carbon-nitrogen ratio and OsMADS57 expression level in varieties with high tiller number were significantly higher than that in varieties with low tiller number,but it was opposite for total nitrogen content and the expression level of OsTB1,OsD3 and OsD14.In addition,tiller number is significantlypositively correlated with soluble sugar content,carbon-nitrogen ratio,and OsMADS57 expression level,significantly negatively correlated with the expression level of OsTB1,OsD3 and OsD14,and negatively correlated with total nitrogen content at tillering stage.

rice;tiller;soluble sugar content;nitrogen content;gene expression

S511

A

1005-9369（2017）07-0010-09

金正勛,張玉磊,潘冬,等.水稻分蘗與植株碳氮化合物含量和分蘗相關(guān)基因表達(dá)量關(guān)系分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,48 (7):10-18.

Jin Zhengxun,Zhang Yulei,Pan Dong,etal.Correlation analysis ofplantcarbon-nitrogen contentand tiller-related gene expression with rice tiller formation[J].Journalof Northeast Agricultural University,2017,48(7):10-18.(in Chinese with English abstract)

時(shí)間2017-7-12 11:19:31[URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170712.1119.006.html

2017-03-18

科技部“十三五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAD23B05-11）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFD0300604-4）；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)科團(tuán)隊(duì)建設(shè)資助項(xiàng)目；黑龍江省水稻現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新體系項(xiàng)目

金正勛（1960-)，男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樗具z傳育種及生物技術(shù)。E-mail:zxjin326@hotmail.com