玉米木质素合成关键基因调控对茎秆抗倒性影响及其机制研究

木质素合成调控与植物抗逆效应及其机制研究是近年来作物遗传育种研究的热点之一，本项目利用RNA干涉进行木质素合成不同关键基因的表达调控，研究表达调控对木质素合成的效应及其对茎秆抗倒性能变化的影响，创建木质素含量降低、茎秆抗倒不同的转基因玉米株系，通过对转基因株系茎秆解剖构造、化学组成和茎秆木质素和纤维素微区分布变化的分析，明确茎秆抗倒与茎秆解剖构造、化学组成和茎秆木质素和纤维素微区分布变化的关系，揭示木质素关键基因表达调控影响茎秆抗倒性的细胞形态学机制，提出茎秆抗倒育种的选择指标。该项研究国内外尚未见报道，它将拓展植物抗倒伏研究的新方向，促进材料科学与分子生物学和农学的交叉，提供玉米茎秆微区分布研究的新技术, 为高产优质抗逆玉米育种奠定基础，具有重要的理论和实践意义。

本项目利用RNA干涉技术进行木质素合成不同关键酶基因的表达调控，研究了表达调控对木质素合成的效应及其对植株生长和茎秆抗倒伏性能变化的影响，分析了木质素合成不同关键酶基因的调控效应、关键酶基因的表达活性及转基因株系茎秆解剖构造、化学组成和茎秆木质素组分等细胞形态学变化，结果显示转基因植株木质素含量显著降低，表明利用RNAi技术调控木质素合成的沉默效果明显，能够有效地降低玉米茎秆木质素的含量；从我们已有的研究中发现抑制CCoAOMT基因的活性后，不仅能有效地降低木质素的总量，而且转基因植株生长和茎秆抗倒伏性正常，因此，咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶（CCoAOMT）基因是较为理想的调控木质素合成的目标基因。转基因植株Klason木质素含量与对照相比平均降低了22.44%，纤维素含量与对照相比平均增加了23.33%，半纤维素含量则没有明显的变化。转基因植株与野生型对照相比木质素的沉积范围变小，转基因株系木质部和厚壁组织的颜色要比野生型的浅。转基因株系的S/G为0.999，而野生型对照的S/G为0.636，增加了57.08%，这表明木质素关键基因表达调控影响茎秆抗倒伏性的可能机制是降低了木质素在维管束部位的沉积，提高了S/G值，导致木质素含量的降低和组分的改变。