冠根是水稻根系主要的组成部分,其根系生长发育与水稻产量和对环境的适应性紧密相关。本课题组前期利用激光显微切割技术对水稻冠根原基发育的四个关键时期(S0-S3)进行取样并进行初步的转录组分析。为进一步鉴定不同时期调控冠根原基发育的关键基因,本研究对不同时期中激素和转录因子的表达情况进行分析,鉴定到了一些相邻时期差异表达基因,并通过遗传学的手段阐明这些基因在水稻冠根发育过程中的功能。其主要研究结果如下:1.对差异表达基因进行富集分析发现,S1时期下调的基因富集到细胞分裂素合成相关基因,S1时期上调的基因富集到细胞分裂素降解相关基因;生长素相关基因PIN、ARF和IAA在S0和S1时期特异高表达;S3时期上调的基因富集到赤霉素合成相关基因;乙烯信号传递基因在S3时期特异高表达,说明上述激素相关基因可能参与水稻冠根发育。2.分析相邻时期上调表达的转录因子发现,SPL、LBD、PLT、WOX、b ZIP和MYB等25个转录因子家族的基因上调表达,其中在S1、S2和S3时期上调的转录因子基因分别有144、108和120个。为进一步研究转录因子NSC 125973在冠根发育中的功能,本研究从S1时期上调表达转录因子中选取OsbZIP08和Os MYB110,从S2时期上调表达的转录因子选取OsbZIP65。另外前期工作中发现基因OsCBP(Calmodulin-Binding Protein)仅在S1时期高表达,本研究将这4个基因作为候选基因,探究这4个基因在冠根发育中的功能。3.通过构建并考察这4个基因突变体的表型发现,与野生型相比,发芽7天的bzip65、cbp和bzip08均表现为冠根数目变少和主根长度变短,myb110autoimmune features的冠根数目和主根长度无明显差异。选取OsbZIP65和OsCBP进行后续研究,原位杂交实验结果表明,OsbZIP65在S0时期高表达,OsCBP在S1时期高表达,石蜡切片结果表明bzip65和cbp冠根原基的起始和生长受到影响,半薄切片结果表明bzip65和cbp根尖分生区细胞数目变少,以上结果说明OsbZIP65和OsCBP对于水稻冠根的起始和生长是十分关键的。综上所述,本研究发现生长素、PF-07321332纯度细胞分裂素、赤霉素、乙烯和转录因子等相关基因在水稻冠根原基发育不同时期特异高表达,OsbZIP65和OsCBP参与调控水稻冠根的发育,本研究解析了水稻根系发育的分子调控网络。