多效唑主要成分打破山药珠芽休眠的分子机理

The bulbils of yam (Dioscorea opposita), an important plant used as vegetable and Chinese medicine, are important propagation materials, but the long dormant period of bulbils hinders planting yam in appropriate time. The bulbils respond to growth regulators distinguishingly, that is their dormancy is extended by gibberellin and is broken by growth retardants such as paclobutrazol. The mechanism of dormancy-break of the yam bulbil by paclobutrazol is still unknown. So we will study the effect of paclobutrazol on expression of the gibberellin receptor gene GID1a, GID1b,GID1c and the zeatin synthesis genes IPT1, IPT3, IPT5 and IPT7. Then the relationship between gene expression, hormone content and dormancy period will be studied. These gene sequences will be compared and the protein structure and properties will be divined after the genes of D. opposita and D. bulbifera being cloned. The purpose of this study is to find out whether paclobutrazol regulate these genes expression so it can regulate dormancy, to find the relationship between gene expression and hormone content, so as to preliminarily discover the mechanism of paclobutrazol breaking the dormancy, to abtain dormancy-related markers.

山药（Dioscorea opposita）是菜药兼用植物，其珠芽是重要的繁殖材料，但休眠期很长，限制了农业生产中适时播种。现有研究表明珠芽对生长调节剂的响应特殊,赤霉素延长休眠期,而多效唑等生长延缓剂则打破休眠,关于打破休眠的机理未见报道。本课题将研究多效唑的主要成分对休眠期山药珠芽的赤霉素受体基因GID1a、GID1b、GID1c，以及玉米素合成基因IPT1、IPT3、IPT5、IPT7表达的影响；研究上述基因的表达量、激素含量和山药珠芽休眠期长短间的关系；克隆休眠期差异大的山药和黄独(D. bulbifera)两份材料的赤霉素受体基因和玉米素合成基因的全长序列，分析对比cDNA序列特性，并预测蛋白质结构与相关性质。目的是弄清多效唑对休眠的调控是否与对这些基因表达的调控有关，探索这些基因与激素含量的关系,初步揭示多效唑打破山药珠芽休眠的机理，获得休眠相关的标记。

本项目研究发现，山药珠芽未补充水分的情况下，珠芽发芽时赤霉素受体基因GID1A、GID1B、GID1B2和GID1C上调，上调量排行是GID1B>GID1B2>GID1A>GID1C；异戊烯基转移酶基因IPT1、IPT5a和IPT5b的表达情况是，发芽时IPT5a上调14.1倍，IPT1不变，IPT5b略下调（发芽时表达量只有休眠时的0.3)。珠芽在湿润基质里催芽的情况是,4个赤霉素受体基因表达量总体还是呈升高趋势，基因上调量排行也还是GID1B>GID1B2>GID1A>GID1C；3个IPT基因的表达变化情况是，IPT1的表达量增加，珠芽发芽时上调2.8倍，IPT5a表达量先升后降，珠芽发芽时表达量和初期一样，IPT5b则是上调，到发芽时表达量为初期的3.3倍。上述结果说明，珠芽发芽时所有GID1基因上调，部分IPT基因上调，GID1基因的上调比IPT基因稳定（受外界水分影响小）、上调量更大。多效唑水溶液处理珠芽后，珠芽的GID1和IPT基因在不同时期以不同程度上调，其中5mg/L的浓度处理后第14天GID1B的表达量即上调了8.4倍，IPT5b表达量上调了3.8倍。多效唑使珠芽发芽过程初期GA3下降，并使DHZR和iPA 含量升高，满足珠芽发芽对激素的要求。可见，多效唑处理能使GID1和IPT基因更早地提高表达量，促使珠芽发芽。.珠芽发芽期GID1和IPT基因上调得早，休眠期缩短；内源GA3和细胞分裂素含量在珠芽休眠至发芽过程中，先有波动，后升高。4个GID1基因表达量与GA3含量正相关，但相关性不显著；IPT家族里IPT1和IPT5b基因表达量与细胞分裂素含量显著正相关，尤其是IPT5b与内源激素DHZR及iPA都显著正相关；IPT5a基因表达与细胞分裂素含量的相关性不显著，可能是该基因与激素关系不大，还可能是基因表达与激素合成时间不一致。.克隆到4个山药GID1基因，其中3个获得全长，一个缺到5’端；克隆到山药3个IPT基因的中间序列和端；克隆到黄独4个GID1基因的中间序列以及3个IPT基因的中间序列。 山药GID1A、GID1B、GID1B2三个基因在NCBI的登录号分别是MK268684、MK253679和MK301538，全长分别为1123bp、1285bp和1606bp，分别翻译331、340和354个氨基酸。山药GID1基因编码的蛋白质与其他物