白刺花矮化突变类型鉴定及其相关基因克隆与表达分析

Sophora davidii is a multi-purpose shrub with solid ability to soil and water conservation, rich nutrition (protein content in the stem and leaf is more than 21.59%) and medicinal value. It is a kind of good soil and water conservation plant, and is excellent forage grasses in Karst mountain areas. Sophora davidii dwarf mutant were cultivated by the project group using radiation mutation breeding technique. The dwarf mutant as test materials, the relationship of dwarfing and anatomical structures of stems and leaves, the relationship between dwarfing and endogenous hormones, dwarfing traits sensitivity to exogenous hormone will be studied. The reaction system of cDNA-AFLP will be optimized, and differential expressed cDNAs connected to the dwarf mutant will be separated using real-time PCR, which will be applied to identify genes expressed differentially between dwarf mutant and the normal plants. Based on the results of genes expression analysis, dwarfing gene will be selected combining with the research results of anatomic structure and hormone relationship. The full-length cDNA of dwarfing gene selected will be cloned by RACE. Gene expression pattern in different growth stages, different tissues and organs of dwarf mutant will be analyzed. Mutation type of Sophora davidii will be determined, the mechanism of dwarfing mutants of Sophora davidii will be revealed.The results will provide theoretical support for breeding new dwarfing varieties of Sophora davidii and digging dwarf gene.

白刺花固水保土能力强、营养丰富（茎叶中蛋白质含量在21.59%以上）、兼具药用价值，在喀斯特山区，既是较好的水土保持植物，又是优良的功能性饲用牧草。项目组利用辐射诱变育种技术筛选培育到矮化性状稳定的白刺花突变体。本项目拟以该矮化突变体为试材，研究矮化性与茎叶解剖结构的关系、矮化性与内源激素的关系、矮化性状对外源激素的敏感性；在构建cDNA-AFLP技术体系的基础上，利用荧光定量PCR对矮化差异表达基因进行验证和差异表达检测，结合矮化与解剖结构和激素关系的研究结果，筛选矮化重要基因；采用RACE技术克隆重要矮化基因的全长序列，并在矮化突变体不同生长时期和不同组织器官进行表达模式研究，最终确定该突变体的突变类型，初步揭示白刺花突变体的矮化机理，为白刺花矮化品种培育和矮化基因挖掘提供理论支撑。

白刺花固水保土能力强、营养丰富、兼具药用价值，在喀斯特山区，既是较好的水土保持植物，又是优良的功能性饲用牧草。项目组利用辐射诱变育种技术筛选培育到矮化性状稳定的白刺花突变体，并从白刺花矮化突变体的形态变异、解剖结构、生理生化特性以及分子生物学等角度初步探究白刺花矮化突变体的矮化机理，为培育低矮紧凑型白刺花提供理论基础。研究结果表明：（1）白刺花矮化突变体的植株高度、茎粗、二级分枝高度和三级分枝高度均显著减少，二级分枝数、三级分枝数和分枝总数显著增加；矮化突变体的单株种子产量下降，种子在形态上发生变异。（2）白刺花矮化突变体的节间细胞较小，细胞排列较为紧密，栅栏组织/海绵组织比与野生型相比具有降低的趋势。白刺花矮化突变体的产生是由茎节间长变短所引起的，而引起茎秆变短是由于茎段细胞较小、细胞排列较紧密所导致的。（3）白刺花矮化突变体植株内的脱落酸（ABA）含量显著高于野生型植株，而ZT、BR、GA3和IAA含量较野生型植株显著降低；同时，矮化突变体植株内的POD、SOD和CAT活性的增强，加快植株内IAA的氧化分解，降低了IAA对植株生长的刺激作用。外源喷施生长素对矮化突变体株高的影响并不显著，而喷施赤霉素和油菜素内酯后对矮化突变体株高具有促进作用，表明白刺花矮化突变体是赤霉素缺陷型突变体或是与油菜素内酯内酯的生物合成有关。（4）通过白刺花矮化突变体和野生型植株的转录组学表达分析，矮化突变体与野生型间共有6560个差异基因，其中包括3851个上调基因和2709个下调基因。参与IAA信号转导的基因（GH3）和BR信号转导的基因（CYCD3）显著下调，同时参与角质层合成的基因（CYP86A1、CYP86A4S、CYP86B1、CER1和FAR）、TCA循环的基因（DLA、TPDHA、PDHB、DLD）、植物-病原物互作中的基因（CNL、CDPK）和泛素介导的蛋白降解途径中的基因（CYCD20、CDH1、UBE2C）均显著下调。表明白刺花的矮化是植物激素信号转导、植物与病原菌相互作用、角质层的生物合成、氧化磷酸化和糖代谢相互作用的最终结果。