杨树PtCYP714家族基因调控植物株高的研究

Plant height, one of the most important traits in plants, is mainly controlled by gibberellin (GA) and Brassinosteroids (BR). The key function of GA in plants is to control vegetative growth and stem elongaton. The progress of GA controlling the plant height involved two kinds of genes, one is the genes involved in GA-signal pathway and the other is the genes taking part in GA biosynthesis and metabolism pathway. EUI (CYP714D1) from rice and ELA1/ELA2 (CYP714A1/CYP714A2) from Arabidopsis, belonging to cytochrome P450 714 families and having the function of monooxygenase, were reported recently involved in a new GA deactivation pathway. We found six homologous genes in populus by BLAST with OsCYP714D1. Based on our previous research on PtCYP714A3, one of the six OsCYP714D1 homologs, we will explore the functions of the other three homologous genes, PtCYP714E4, PtCYP714E5 and PtCYP714F1 in this project.

株高是高等植物的重要性状之一，赤霉素（GA）最重要的功能是调节植株营养生长，促进茎秆伸长。在最近发现的参与GA分解的新途径中，水稻EUI（CYP714D1）和拟南芥ELA1（CYP714A1）、ELA2（CYP714A2）都具有细胞色素单加氧酶的功能，它们都属于细胞色素P450的714家族。通过序列比对，我们在杨树中找到了6个EUI的同源基因。本项目将在前期对PtCYP714A3研究的基础上，对杨树CYP714家族的另外3个基因（CYP714E4、CYP714E5和CYP714F1）的表达模式分析和亚细胞定位，并互补水稻eui突变体验证其功能；另外，将通过在杨树中进行单基因的过表达、反义抑制以及双基因转化揭示这3个基因调控株高方面的功能；在此基础上，将这些基因构建于相应启动子下分别转入水稻和番茄中，探讨它们在重要作物中的应用价值。

本项目在前期研究工作基础上，从杨树中克隆了CYP714家族的4个成员基因714A3、714E4、714E5和714F1，通过对各基因表达模式分析，推测这几个基因分别在杨树的不同器官组织中发挥类似的功能；亚细胞定位表明这些基因主要在内质网上发挥功能；在杨树自身分别过表达或反义表达这几个基因，都不能显著改变转基因杨树的表型，但这4个基因都能互补水稻最上节间伸长的eui突变体的表现，其中，与水稻Eui同源性最高的PtCYP714A3对转基因水稻的株高表型调控功能最强。这一结果可能暗示杨树中的PtCYP714基因家族虽然具有调控株高的功能，但在杨树中其功能并不占主导地位，可能是负责杨树不同部位的细微调节。另外，我们的研究还发现，PtCYP714A3过表达的转基因水稻具有半矮化、分蘖增加、以及抗盐性提高的表型，这说明该基因在转基因植物新品种的培养方面有一定的潜在应用价值。