为了满足日益增长的人口带来的粮食需求,以及应对全球气候的极端变化,通过株型改良培育高产抗逆的水稻品种是作物科学的重点课题之一。水稻分蘖角度是决定水稻株型的重要因素,合适的分蘖角度是作物在单位面积土地上实现高产的重要保障,其调控机理研究在育种实践中具有重要的理论意义。重力反应中生长素的不对称分布是由其侧向运输直接决定的,因此生长素的侧向运输调控因子在介导植物重力反应方面起到重要作用。LAZY1(LA1)是首个被克隆到的水稻分蘖角度关键调控基因,通过影响生长素的极性运输进而影响侧向运输,调控水稻重力反应和分蘖角度。由匍匐生长、穗粒数较少的野生稻向直立、穗粒数较多的栽培稻的驯化极大地促进了水稻产量的提升。控制野生稻匍匐生长的关键基因PROSTRATE GROWTH 1(PROG1)编码C2H2型锌指蛋白转录因子,该转录因子过表达可以导致栽培稻匍匐生长,然而其遗传调控机制尚未完全阐明。前人研究发现多个基因通过与LA1的直接或间接的关系参与茎的重力反应和水稻分蘖角度调控。本研究对这两个水稻分蘖角度的关键调控基因PROG1和LA1之间的遗传调控关系进行了深入研究。首先,我们发现与LA1类似,PROG1通过负调控重力刺激下的生长素不对称分布进而介导水稻茎的重力反应。双突变体的遗传学分析表明,PROG1与LA1在茎部重力反应和分蘖角度调控方面存在部分重合的途径,并且在重合的途径中PROG1可能位于LA1的上游。LA1的过表达部分恢复了prog1-D较大的分蘖角度表型,表明PROG1确实位于LA1的上游调控水稻茎的重力反应和分蘖角度。进一步,我们证明PROG1通过负调控LA1表达介导水稻地上部重力反应和分蘖角度。我们还发现在胚芽鞘中PROG1对LA1转录抑制依赖光照。SUPPRESSORS OF LAZY1 1(SOL1)基因编码独脚金内酯信号通路的关键因子DWARF3(D3),sol1突变体通过恢复LA1的转录来抑制prog1-D的分蘖角度变大的表型。因此,PROG1-LA1转录调控模块的发现为水稻分Elexacaftor核磁蘖角的遗传调控提供了新的思路,丰富了水稻分蘖角度的遗传调控机制。在生长素极性运输过程中,位于膜上的转运蛋白发挥了关键作用,其中生长素外运蛋白家族PIN-FORMED(PIN)尤为重要。为了研究LA1核心调控途径与PIN家族基因在介导水稻茎的重力反应方面的关联性,本研究创制了PIN蛋白家族的转基因植株。其中,OsPIN10a过表达转基因植株表现出茎部重力反应缺陷和分蘖角度变大的表型。进一步研究结果表明,OsPIN10a负调控茎部重力反应中生长素侧向运输水平,并通过影响位于LA1核心调控途径下游的WUSCHEL RELATED HOMEOBOX6(WOX6)和WOX11的表达水平调控水稻分蘖角度。OsPIN10a-WOX6/WOX11调控模块的发现进一步丰富了LA1核心调控途径的下游组分,也推进了PIN蛋白家族与LA1基因在重力反应调控中的关联性解析。有趣的是,本MG132分子量研究还发现OsPIN10a过表达转基因植株除了导致地上部茎的重力反应缺陷和分蘖角度增大外,还影响根的重力反应从而表现出浅根系的表型。进一步对OsPIN10a过表达转基因植株中生长素报告基因系DR5:GFP-N7的观察显示,GFP信号在OsPIN10a过表达植株根中分布变小且强度变弱,暗示过表达OsPIN10a影响根中生长素的含量和分布。淀粉染色实验显示过表达OsPIN10a导致根尖淀粉含量减少。这些结果说明过表达OsPIN10a影响根中的生长素分布和根尖淀粉含量,进而导致根中重力反应的缺陷表型。OsPIN10a过表达转基因植株根部重力反应缺陷导致田间表现出在浅层土壤中更多分布且向四周延伸的根系形态,显著提高了植株对于磷素的吸收,为根系形renal biopsy态与营养吸收的育种工作提供了潜在靶标。综上所述,本研究深入阐明了水稻分蘖角度重要调控基因PROG1和LA1的遗传学关系,丰富了水稻分蘖角度和重力反应的遗传调控网络,同时本研究发现了OsPIN10a负调控水稻茎和根的重力反应,进而调控水稻分蘖角度和根系形态,根系形态的改变还导致磷的利用效率提高,为提高水稻磷的利用效率提供了新的基因资源。