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植物茎秆性状形成与发育的分子基础[1]

花匠小妙招
2024-12-31 00:55

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植物学通报Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　ｏｆ　Ｂｏｔａｎｙ　　　２００８，　２５　（１）：　１１３，　ｗｗｗ．ｃｈｉｎｂｕｌｌｂｏｔａｎｙ．ｃｏｍ

．综述．

植物茎秆性状形成与发育的分子基础

胡珀，　韩天富＊

中国农业科学院作物科学研究所，　国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程，　北京１０００８１

摘要　　　　株型是作物品种改良的重要目标性状，　其中茎秆是最重要的株型性状。植物发育分子生物学研究表明，　茎秆性状的形成和发育受多个重要基因的严格调控。本文从茎秆的发生、形状和分枝的形成等方面对茎秆发育的分子机理进行概述，　以期为植物株型的改良提供理论依据。

关键词　　　　分枝，　基因调控，　株型，　茎端分生组织，　茎秆性状

胡珀，　韩天富　（２００８）．　植物茎秆性状形成与发育的分子基础．　植物学通报　２５，　１１３．

　　株型（ｐｌａｎｔ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ或ｐｌａｎｔ　ｔｙｐｅ）是指植株的形态特征及其在空间和时间上的分布方式。株型涉及植株的根、茎、叶和花序等器官的特征及其在不同发育阶段的变化。

早在２０世纪５０－７０年代，　矮秆基因的发现和应用，使水稻和小麦等禾谷类作物的耐水肥能力明显改善，　倒伏问题得到基本解决，　产量大幅度提高，　促成了第一次绿色革命。作物的进化和品种演变在很大程度上也是株型改良的结果。以往对作物株型的改良和调节是在发现或创造优异材料的基础上进行常规育种，　或者通过改变外界环境条件如光周期、温度和水肥等来影响植物器官的形态建成。近年来，　在模式植物发育分子生物学研究中克隆了一批控制株型性状的基因，　为通过分子手段设计和改造作物株型提供了可能。

茎秆不但为植株的生长输送养料与水分，　而且支撑叶片和花果，　直接决定各器官的空间分布，　是最重要的株型性状。茎秆性状包括高度、韧性、形状以及分枝的多少等。

茎秆的形成是茎端分生组织活动的结果。茎端分生组织外层的细胞参与侧生器官原基及侧芽分生组织的形成，　而内部细胞群经分裂与分化形成主茎。分生组织的活动除促进侧生器官的发生外，　其初期的发育状态也影响植株茎秆的直径。

１　　　　茎秆的高度

降低茎秆高度是解决倒伏问题的重要途径。以往的研究表明，　赤霉素（ｇｉｂｂｅｒｅｌｌｉｎ，　ＧＡ）和油菜素类固醇（ｂｒａｓｓｉｎｏｓｔｅｒｏｉｄ，　ＢＲ）参与节间的发育过程。另外，　多胺也影响植株的高度。１．１　　　　ＧＡ与茎秆高度

ＧＡ在植物发育的诸多过程中发挥作用，　其最重要的功能是调节植株的营养生长，　促进茎秆的伸长。现已确认，两类基因参与ＧＡ调节植株高度的过程，　其中一类基因钝化植物对ＧＡ的应答反应，　影响ＧＡ的信号通路，　而另一类基因则调节ＧＡ的生物合成。

对ＧＡ信号通路的研究表明，　ＧＡ作用的发挥受ＤＥＬＬＡ蛋白的调节，　而ＤＥＬＬＡ蛋白是一类抑制ＧＡ应答的转录调节因子，　当植物对ＧＡ应答时，　受体接受ＧＡ信号，　启动蛋白泛素化降解系统，　ＤＥＬＬＡ蛋白被快速降解，　而下游本来受到ＤＥＬＬＡ蛋白抑制的基因被激活。ＬＵＥ１（ＬＵＣＩＦＥＲＡＳＥ　ＳＵＰＥＲ－ＥＸＰＲＥＳＳＯＲ１）就是直接受ＤＥＬＬＡ蛋白抑制的下游基因。在拟南芥中，　ＬＵＥ１编码一种可以影响微管动态平衡性的ＡＴＰ酶，　可使微管切断并解聚。ＬＵＥ１的缺失可导致微管发育方向性改变，　株高降低，　同时可促进ＡｔＧＡ２０ｏｘ１的表达，　增强ＧＡ

收稿日期：　２００７－０２－２８；　接受日期：　２００７－０８－２０

基金项目：　８６３计划（Ｎｏ．２００６ＡＡ１００１０４－９）和国家自然科学基金（Ｎｏ．３０４７１０５４）＊　通讯作者。Ｅ－ｍａｉｌ：　ｈａｎｔｆ＠ｍａｉｌ．ｃａａｓ．ｎｅｔ．ｃｎ