化学调控剂对大穗型水稻籽粒...浆相关miRNA表达的影响_赵亚帆.pdf

第 57 卷第 1 期河 南 农 业 大 学 学 报Vol 57No 12023 年2 月Journal of Henan Agricultural UniversityFeb2023收稿日期:20221022基金项目:国家自然科学基金项目(31971846，32272014);河南省优秀青年科学基金项目(222300420049);中原青年拔尖人才支持计划项目(ZYYCYU202012170);河南省高校科技创新人才支持计划项目(21HASTIT037)作者简介:赵亚帆(1988)，女，河南郏县人，讲师，博士，主要从事水稻生理生态研究。通信作者:彭廷(1985)，男，河南桐柏人，教授，博士。引用:赵亚帆，王家琪，静莉丽，等 化学调控剂对大穗型水稻籽粒激素和灌浆相关 miNA 表达的影响 J 河南农业大学学报，2023，57(1):2937 DOI:10 16445/j cnki 10002340 20230104 001化学调控剂对大穗型水稻籽粒激素和灌浆相关 miNA 表达的影响赵亚帆，王家琪，静莉丽，程远，田浩然，张静，赵全志，彭廷(河南农业大学农学院，河南粮食作物协同创新中心，河南省水稻生物学重点实验室，水稻河南省工程实验室，河南 郑州 450046)摘要:【目的】探究化学调控剂对大穗型水稻籽粒激素和灌浆相关 miNA 表达的影响。【方法】采用大田试验，以大穗型杂交稻交源优 216 为试验材料，测定了喷施 ABA 和复配化学调控剂后水稻籽粒灌浆充实、激素含量、miNA 及靶基因表达量。【结果】ABA 和复配剂处理显著增加了水稻籽粒、尤其是弱势籽粒灌浆期间的起始灌浆势、最大及平均灌浆速率，进而增加千粒质量和提高水稻产量;ABA 和复配剂处理显著增加了灌浆中前期强弱势籽粒中 IAA、Z+Z 和 ABA 的含量，同时显著抑制强弱势籽粒花后 10 d 和弱势籽粒中花后 10 和 20 dmi167 和 mi1432 的表达量，促进相应靶基因的表达;进一步相关分析结果表明，灌浆速率和籽粒中 IAA 和ABA 的含量呈极显著正相关关系，而与 mi167 和 mi1432 的相对表达量呈显著负相关关系。【结论】ABA 和复配剂可能是抑制籽粒灌浆中前期 mi167、mi1432 的表达，促进其下游靶基因的表达，进而增加籽粒中 IAA、Z+Z 和 ABA 含量，促进灌浆速率的提高和千粒质量及产量的增加。关键词:水稻;化学调控剂;灌浆充实;激素;miNA;靶基因中图分类号:S511文献标志码:A文章编号:10002340(2023)01002909Effects of chemical regulators on grain hormones and grain fillingrelated miNAsexpression of large panicle rice varietiesZHAO Yafan，WANG Jiaqi，JING Lili，CHENG Yuan，TIAN Haoran，ZHANG Jing，ZHAO Quanzhi，PENG Ting(College of Agronomy，Henan Agricultural University，Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops，Key Laboratory of ice Biology in Henan Province，Henan Engineering Laboratory of iceZhengzhou 450002，China)Abstract:【Objective】To explore the effects of chemical regulators on grain hormones and grain fillingrelated miNAsexpression of large panicle rice varieties【Method】ice grain-filling，hormonecontent，miNA and target gene expression levels after spraying ABA and compound chemicalregulator were measured in an open field experiment using large panicle hybrid rice variety Jiaoyuanyou216 as experimental materials【esult】The results showed that ABA and compound treatmentsignificantly increased rice grains，especially the initial filling potential，maximum and average fillingrate of the inferior rice grains during filling period，and then increased 1 000 grain weight and rice30河南农业大学学报第 57 卷yield ABA and compound treatment significantly increased the content of IAA，Z+Z and ABA insuperior and inferior grains at early and middle stage during grain filling Meanwhile，the expressionlevels of mi167 and mi1432 in superior grains at 10 days and in inferior grains at 10 and 20 daysafter flowering were significantly inhibited，while the expression of corresponding target genes increasedsignificantly Correlation analysis indicated that the filling rate was significantly positively correlatedwith the content of IAA and ABA in grains，and negatively correlated with the relative expression ofmi167 and mi1432【Conclusion】ABA and the compound may inhibit the expression of mi167and mi1432 at the early grain filling stage，upregulate the expression of their downstream targetgenes，increase the content of IAA，Z+Z and ABA in grains to enhance rice grain filling rate and1 000 grain weight，thereby to promote field yieldKey words:rice;chemical regulation compounds;grain filling;endogenous hormones;miNA;targetgene水稻穗下部的弱势籽粒灌浆充实度差已成为制约大穗型水稻品种高产潜力发挥和影响稻米品质提高的关键限制因素。因此，明确提高水稻弱势籽粒灌浆充实的调控机制及其技术途径，对于充分挖掘现有高产水稻品种的产量潜力、改善稻米品质，具有十分重要的科学意义和实践意义。植物激素能够调节作物的生长发育。抑制型激素 ABA 在籽粒灌浆充实中的作用也一直备受关注。YANG等1 认为，ABA 水平高或激素间的不平衡是造成其籽粒充实度差的主要原因;施用低浓度 ABA、提高 ABA 与赤霉素比值可促进籽粒淀粉积累，进而增加灌浆速率和籽粒质量2。ZHANG 等3 研究发现，在灌浆初期弱势籽粒中 ABA 的含量显著低于强势粒，且弱势籽粒中 ABA 的含量低是弱势籽粒灌浆速率小、千粒质量低的主要原因;TANG等4 认为，20106molL1ABA 能够增加淀粉合成酶 SUS 的活性和 SUS 蛋白的表达;ZHU 等5 发现，花后 9 d 籽粒淀粉代谢相关酶基因的表达量在20 molL1的 ABA 处理后极显著下调。因此，ABA 可能通过影响蔗糖淀粉信号过程和同化物转运调节水稻籽粒灌浆充实，且 ABA 调节水稻籽粒灌浆充实存在剂量效应。化学调控剂是一类人工合成的具有植物激素生理活性的化学物质，在适宜浓度下能有效促进作物生长，提高产量和品质67。作者前期遴选出的复配化学调控剂可显著提高籽粒，尤其是弱势籽粒的千粒质量8;并于水稻抽穗期喷施复配化学调节剂增强弱势籽粒中蔗糖淀粉代谢途径关键酶基因的表达，改善弱势籽粒灌浆进程，进而提高弱势籽粒千粒质量9。miNAs 是一类广泛的内源性小 NA 分子，在调节真核生物的生长发育和信号转导途径中处于核心地位，逐渐成为培育优良籽粒大小和作物产量的新靶标1011。作者前期研究结果表明，miNAs 在水稻强、弱势籽粒灌浆过程中时序性差异表达1213，且单一 miNA 诸如mi15914、mi16715、mi39616、mi143217 等通过负向调节下游靶基因介导不同激素信号途径调节水稻籽粒灌浆充实。但 ABA 和化学调控剂通过影响 miNA 及其靶基因的表达进而调节水稻籽粒灌浆充实的研究尚少。本研究通过大田试验分析了喷施 ABA 和前期筛选复配剂对水稻籽粒灌浆充实的影响，大穗型水稻产量及其构成因素、强弱势籽粒灌浆动态、籽粒灌浆充实相关 miNA 及其靶基因的表达量、激素含量、编码灌浆充实相关蛋白基因表达量等方面的影响，探讨了 ABA 和复配剂提高水稻籽粒灌浆充实的作用机制，以期为提高水稻产量和改善稻米品质提供理论依据。1材料与方法1 1试验设计试验于 2019 年在河南农业大学原阳科教园区进行，供试水稻品种为大穗型杂交稻交源优 216(由上海交通大学张大兵教授提供)，采用塑料软盘育秧，20190516 播种，20190620 移栽，移栽秧龄为三叶一心，栽插密度为 30 cm14 cm，小区面积为 40 m2。大田灌溉采用井水，水分管理按常规进行。设置抽穗开花期喷施 2 种化学调控剂处理:ABA 和复配剂，分别记作 T1 和 T2，以喷施等体积清水为对照(CK)。其中，ABA 的喷施浓度为20106molL1，复配剂喷施时需用清水稀释 60倍，于标记代表性稻穗后开始喷施，连续喷施 5 d，每天 1 次，各小区每次喷施 5 L。1 2测定项目和方法1 2 1灌浆速率测定分别于花后 5、10、15、20、第 1 期赵亚帆，等:化学调控剂对大穗型水稻籽粒激素和灌浆相关 miNA 表达的影响3125、30、35 和 40 d 在各个小区中选取标记的代表性穗子 10 穗，105 杀青 0 5 h，80 烘干至质量恒定，参照 PENG 等18 的方法分取水稻强、弱势籽粒(即位于上三枝一次枝梗去除顶二粒为强势粒，位于下三枝二次枝梗去除顶粒为弱势粒)，称取强、弱势籽粒千粒质量。参照朱庆森等19 的方法，以ichards 方程模拟强、弱势籽粒的灌浆过程，并对不同处理下水稻强弱势籽粒灌浆进行生长分析。ichards 方程:W=A(1+Bekt)1/N式中:W 为各时期千粒质量/g;t 为花后时间/d;A为生长终值量/g;B、k、N 为方程参数。1 2 2激素含量测定分别于花后 10、20 和 30 d选取各处理的强、弱势籽粒，液氮速冻，于80 备用。称取约