抗性基因资源与分子发育北京市重点实验室

　　2020年10月26日，王英典教授课题组在Journal of Plant Physiology （IF：3.013）上发表题为“Transcriptomic analysis reveals the contribution of auxin on the differentially developed caryopses on primary and secondary branches in rice”的研究性文章。抗性基因资源与分子发育北京市重点实验室已毕业博士生贾生华和昌姝为共同第一作者，王英典教授和韩生成教授为共同通讯作者。

　　水稻颖果发育是种子形成的重要基础，与产量和品质的形成密切相关。已有研究表明，水稻初级与次级枝梗上所着生的颖果在开花时间，胚乳细胞增殖和充实性存在着显著差异。与着生在初级枝梗上的初级颖果相比，着生在次级枝梗上的次级颖果开花时期晚，发育状态迟缓，灌浆速率较差，待成熟时其大小和千粒重较低。然而，决定初次级颖果发育差异性的关键原因仍不清楚。

　　本研究为了分析水稻初级与次级颖果不同发育时期中所发生的生物学事件对异位别颖果间作用的不同，通过高通量测序技术对四个发育阶段的初级颖果和次级颖果 （开花后第0，5，12，20 天） 进行转录组分析，结合水稻颖果发育进程与初次级颖果不同发育时期基因表达模式聚类分析，按形态建成期（初级颖果开花后第0天、次级颖果开花后第0天、初级颖果开花后第5天、次级颖果开花后第5天和次级颖果开花后第12天）和物质蓄积期（初级颖果开花后第12天、初级颖果开花后第20天和次级颖果开花后第20天）分析不同时期特异表达基因的状况，并利用cluster3.0软件和treeview软件绘制热度图。此外，为了系统地分析水稻颖果发育过程中相关基因的变化趋势，利用MEV软件对初级颖果开花后第0，5，12，20天这四个时间点的基因表达模式进行了K-means聚类分析，结果表明在K4、K5和K6基因表达模式中，基因的特异表达时期为开花后的第5天，在次级颖果中这三种基因表达模式的基因在开花后的第12天特异表达。这些基因在细胞分裂、细胞壁合成、DNA合成以及蛋白质合成有明显的功能富集现象，可能与籽粒的大小有关。通过DAVID在线分析平台对K4、K5和K6这些在初次级颖果差异发育过程中最先出现表达差异的基因即延迟表达基因进行GO功能富集分析，结果显示生长素激活的信号通路相关基因存在显著功能富集，暗示着生长素可能是影响其他基因延迟表达的关键信号。最后，为了验证生长素对水稻初次级颖果发育差异性的调控作用，对水稻初级颖果、次级颖果和外施生长素处理后的次级颖果的不同发育时期进行组织观察和籽粒重量统计分析，发现开花前外施生长素可以使得次级颖果发育延迟现象的各个方面得到充分改善，如胚乳细胞增殖速率、籽粒长度宽度增加和籽粒重量增加等。通过对外施生长素的次级颖果的不同发育时期进行转录组测序，发现生长素明显促进了次级颖果的发育，处理后次级颖果开花后第12天的发育状态与未处理的次级颖果开花后第20天的发育状态接近，并且延迟表达基因的整体表达模式也明显恢复，OsIAA17、OsARF25、OsPIN5a、OsABCB4等生长素相关基因恢复程度显著，可能在生长素信号调控水稻初级与次级颖果发育差异性中发挥着重要作用。

　　本研究受国家973项目（2013CB126902）和国家自然科学基金（30570148 and 31370307）共同资助。

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