免费文献传递   相关文献

Phenolic Acid Synthesis of Allelopathic Rice Regulated by OsMYB and Its Weed Inhibition

OsMYB调控化感水稻酚酸类物质合成及其抑草作用



全 文 :作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(4): 531538 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(31271670, 31300336), 教育部高等学校博士学科点专项科研基金优先发展领域(20133515130001)和
福建省自然科学基金项目(2010J05045, 2012J01075)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 林文雄, E-mail: lwx@fafu.edu.cn
第一作者联系方式: E-mail: slh1213chenry@163.com
Received(收稿日期): 2014-11-18; Accepted(接受日期): 2015-02-06; Published online(网络出版日期): 2015-03-03.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150303.1653.006.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.00531
OsMYB调控化感水稻酚酸类物质合成及其抑草作用
沈荔花 1,2 李碧凉 1 任勇杰 1 李程勋 1 钟永嘉 2 方长旬 1,2 林文雄 1,2,*
1福建农林大学生命科学学院, 福建福州 350002; 2福建农林大学农业生态研究所, 福建福州 350002
摘 要: 基因表达调控是水稻化感作用形成的重要基础。本研究对化感水稻 PI312777 (Oryza sativa L.)的 OsMYB
(CT829537)基因分别进行过表达(overexpression, OE)和 RNA干扰(RNAi), 再与稗草(Echinochloa crusgalli, BYG)共培
养, 以野生型 PI312777为对照。结果发现, 与稗草共培养下 CT829537-OEPI312777的酚类代谢关键酶基因表达上调,
根系及其水培液中的总酚酸浓度增加, 抑草能力增强; 相同处理下 CT829537-RNAiPI312777 则相反, 其酚类代谢关
键酶基因较野生型植株表达下调, 总酚酸浓度降低, 抑草能力下降。这表明 OsMYB (CT829537)通过调节化感水稻的
酚酸类物质合成进而影响其抑草能力。
关键词: 水稻; 化感作用; 转录因子; 酚酸; 基因表达调控
Phenolic Acid Synthesis of Allelopathic Rice Regulated by OsMYB and Its
Weed Inhibition
SHEN Li-Hua1,2, LI Bi-Liang1, REN Yong-Jie1, LI Cheng-Xun1, ZHONG Yong-Jia2, FANG Chang-Xun1,2,
and LIN Wen-Xiong1,2,*
1 College of Life Sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China; 2 Institute of Agro-ecology, Fujian Agriculture and
Forestry University, Fuzhou 350002, China
Abstract: Regulation of gene expression is a vital process in the formation of rice allelopathy. In this study, allelopathic rice
PI312777 (Oryza sativa L.) was modified by RNA interference (RNAi) and overexpression(OE) technologies to inhibit or en-
hance gene expression of OsMYB (CT829537) in PI312777 respectively. The results showed that up-regulation of phenolic syn-
thesis related genes was found in CT829537-OE transgenic PI312777 co-cultured with barnyardgrass (BYG), compared with that
in wild type. However, the reverse was true in the CT829537-RNAi transgenic PI312777. Up-regulation of the gene expression in
CT829537-OE transgenic PI312777 increased phenolic acids contents in rice root and root exudates, which led to enhance allelo-
pathic inhibition on barnyardgrass. In contrast, decreases of phenolic acids contents and weed inhibition were found in
CT829537-RNAi transgenic PI312777. These results implied that CT829537 is responsible for regulating phenolic synthesis in
allelopathic rice PI312777 and then enhances allelopathic inhibition on weeds.
Keywords: Rice; Allelopathy; Transcription factor; Phenolic acid; Gene expression regulation
自20世纪80年代美国农业部的遗传学家 Dilday
发现了水稻化感抑草现象后, 水稻化感作用成为研
究热点之一。化感水稻品种的筛选、化感物质的分
离、鉴定及作用机制等是过去几十年水稻化感作用的
主要研究内容。Olofsdotter 等[1]、Chou 等[2-3]、Fujii
等[4]和 Dilday等[5-6]在实验室和田间筛选到多种具有
强化感潜力的水稻品种, 如 PI312777等。水稻化感
作用属数量遗传性状, 由多基因控制, 易受环境影
响[6-9]; Jensen等[10]对化感水稻的 QTL定位研究发现
有4个相关 QTL 分布在3条染色体上, 并解释了35%
的表型变异。Ebana 等[11]也鉴定到若干个化感作用
QTL, 其中以位于第6染色体上的1个QTL贡献最大,
可解释16.1%的表型变异。Xiong等[12]研究了水稻化
感作用的基因上位性效应及其与环境的互作, 发现
532 作 物 学 报 第 41卷


第2和第5染色体上各有1个加性 QTL, 可分别解释
6.95%和4.35%的表型变异。Lee等[13]、Zeng等[14]也
在这些方面作过相关研究, 其结果都表明水稻的化
感作用潜力与环境因素关系密切, 易受环境影响。
逆境条件下, 化感水稻中与次生物质合成相关的基
因表达增强且抑草能力提高[6-9,15-17]。
水稻化感物质的分离与鉴定是水稻化感作用研
究的重点与难点。当前, 酚酸类、萜类、黄酮类物
质均表现出化感效应, 但尚未见它们在水稻根际中
的浓度以及存在时间的报道[18-21]。最近, 日本研究
人员发现 momilactone 具有较强的抑草潜力, 认为
它是一类主要的化感物质[22]。但未见这些物质在土
壤中行为的报道。总之, 何类物质是水稻的主要化
感物质迄今尚存在着争议。
尽管如此, 逆境胁迫引起的化感水稻中与次生
物质合成、调控相关基因的增强表达已被多数研究
所报道。Fang等[23-24]利用抑制消减杂交技术分离了
强化感水稻 PI312777 和非化感水稻 Lemont 在稗草
共培下差异表达的基因, 发现化感水稻体内与化感
物质合成、植物生长调控、胁迫防御、蛋白降解与
修复、信号转导相关的五大类基因均增强表达, 其
中一个与信号转导相关的 MYB (登录号为 CT829537)
转录因子在稗草共培下的化感水稻中上调表达。转
录因子(transcription factor, TF)也被称为反式作用因
子, 它能够与真核生物基因的顺式作用元件发生特
异性相互作用, 并与转录有激活或抑制作用的 DNA
形成结合蛋白。在植物的生长发育中, 转录因子在
转录水平上的调节作用可使细胞内基因的表达呈现
时间和空间差异, 并最终调控细胞分化。转录因子
也是植物逆境信号转导的关键因子, 胁迫刺激其不
断合成, 并传递和放大信号, 以调控下游基因的表
达, 从而引起植物生理生化的改变。因此, 研究这些
转录因子的生物学功能可为揭示植物响应逆境胁迫
的基因表达调控过程提供重要基础。本研究采用
RNAi 和过表达(overexpression)技术分别抑制和增
强化感水稻 PI312777 的 CT829537 表达, 进而比较
这些水稻与野生型植株之间在酚酸类合成相关基因
表达和酚酸类化合物含量以及抑草能力上的差异。
1 材料与方法
1.1 试验材料
以化感水稻品种PI312777 (Oryza sativa L.)为供
体材料[9], 稗草(Echinochloa crusgalli, BYG)为受体
材料。
1.2 总 RNA的提取
供试化感水稻PI312777种子经42℃烘干2 h, 蒸
馏水浸泡1 d后进行催芽并播于秧盘。三叶期时移到
装有Hoagland完全营养液的塑料盆中, 每周更换营
养液。14 d后剪取水稻根系, 采用TRIzol试剂提取根
部总RNA, 并参照TIANGEN Quant cDNA合成试剂
盒合成cDNA。
1.3 CT829537 转录因子过量表达和 RNAi 载体
的构建
分别以 CT829537 转录因子的 CDS 序列以及 5′
列端的 DNA 结合位点序列为模板设计该基因的过
表达(overexpression)引物和 RNAi 引物(表 1), 以化
感水稻 PI312777的 cDNA为模板进行扩增。将 PCR
产物克隆到质粒中, 进一步通过酶切将目的片段连
接到 pTCK303载体上, 分别构建 CT829537的 RNAi
和过表达载体。

表 1 本研究用于构建载体的引物序列
Table 1 Sequences of primers used for vector construction in this study
引物名称 Primer 引物序列 Primer sequence (5′–3′)
FF: ATTATCGGGATCCATGGACGGAGCAGGAGGACGTCCAACTG (Bam H I) CT829537正向 RNAi片段
Forward RNAi fragments of CT829537 FR: GGGCGGGGGTACCGCGAGGCATCGAGCATCTTCTTGTAGTA (Kpn I)
RF: ATTTCGAGCTCATGGACGGAGCAGGAGGACGTCCAACTG (Sac I) CT829537反向 RNAi片段
Reverse RNAi fragments of CT829537 RR: GGCGGACTAGTGCGAGGCATCGAGCATCTTCTTGTAGTA (Spe I)
OF: CGGGATCCAATCTTCGGCACTGGCTCC (Bam H I) CT829537过表达引物
Overexpression primer of CT829537 OR: CGAGCTCGGGTCAGGTGGTCGGTGTA (Sac I)
QF: GTTTGAAGCGCACAGGCAAGAG CT829537基因定量引物
Gene quantitative primer of CT829537 QR: GGAGGACAAGGAACCGGAGGAG
GUS-F: GCATGTTACGTCCTGTAGAAACCC GUS基因引物 Primers of GUS
GUS-R: CAAAGCCAGTAAAGTAGAACGGT
Hpt-F: GGGGGGTCGGTTTCCACTA Hpt基因引物 Primers of Hpt
Hpt-R: ATCGTTATGTTTATCGGCACTTTG
第 4期 沈荔花等: OsMYB调控化感水稻酚酸类物质合成及其抑草作用 533


1.4 CT829537 过量表达和 RNAi 转基因水稻的
获得及分子检测
重组质粒用冻融法转化农杆菌EHA105, 获得
CT829537过表达和RNAi转基因水稻[25-26]。以野生型
PI312777为对照, 分别对水稻新根进行GUS染色。与此
同时, 分别利用GUS基因和潮霉素基因(Hpt)的特异引
物(表1)对转基因水稻的GUS和Hpt基因进行扩增。
1.5 CT829537 转录因子过表达和 RNAi 植株的
表达分析
分别提取转基因和野生型PI312777根系RNA, 逆
转录成cDNA, 利用CT829537转录因子的特异引物, 并
以β-Actin作为内参基因, 进行半定量RT-PCR分析。
1.6 水稻酚酸关键酶基因定量分析
进一步以半定量 RT-PCR 检测结果为阳性的转
基因 PI312777根系的 cDNA为模板, 通过荧光定量
PCR (qPCR)比较 PI312777根系中的 7个与酚酸类
化合物合成相关的酶基因在转基因水稻和野生型
植株中的表达变化。这些基因包括苯丙氨酸解氨酶
基因(PAL)、肉桂酸-4-羟化酶基因(C4H)、羟化酶基
因(HYL)、辅酶 A连接酶基因(4CL)、O-甲基转移酶
基因(OMT)、肉桂酰辅酶 A 基因(CCA)和肉桂酸脱
氢酶基因(CAD), 以 β-Actin 为内参基因, 各基因的
qPCR 引物见表 2[27]。qPCR 程序为 95℃预变性 10
min; 95℃变性 30 s, X℃退火 30 s, 68℃延伸 20 s检
测荧光强度, 41 个循环; 95℃变性 15 s, 60℃退火
15 s升温 10 min至 95℃, 95℃变性 15 s。根据所生
成的阈值(Ct 值), 运用 2ΔΔCt法计算基因的相对表
达变化量[28]。

表 2 酚酸合成相关基因的荧光定量 PCR引物序列
Table 2 Primer sequence for the qPCR of phenolic acid relative genes
关键酶
Key enzyme
登录号
Accession number
种属
Species
引物序列
Primer sequence (5′–3′)
甲羟戊酸激酶
Mevalonate kinase
NM 001070895 Oryza sativa
F-CAGTCGGCGGCATCAG
R-CACCAGCAACCAGAGC
单萜烯合酶
Monoterpenes synthase
NM 001071453 Oryza sativa
F-GGATGAACTTGGGATTGG
R-TCTGGAGAAGGAAGCACC
倍半萜烯合酶
Sesquiterpene synthase
AP003911 Oryza sativa
F-CGATGATAACAATAACGG
R-GTGCCTTGCTTCAACTCT
二萜烯合酶
Diterpene synthase
AB089272 Oryza sativa
F-AAAGAGCATCCTTGACA
R-GAAACATCGTAACCGT
八氢番茄红素合酶
Phytoene synthase
DO356431 Oryza sativa
F-ATGGAGATGTTTTATGAGGGAT
R-CGTCAAGGATTTGTCGGT
角鲨烯合酶
Squalene synthase
NM 001058160 Oryza sativa
F-GTTTCGCCTTGTCTCCAC
R-CAACAGTTTCAACCTCCTT
苯丙氨酸解氨酶
Phenylalanine ammonia-lyase
NM 001054016 Oryza sativa
F-CCGTGCTCTTTGAGGCTAAC
R-GCTTGTGAGTCAGGTGGTCG
肉桂酸-4-羟化酶
Cinnamate-4-hydroxylase
NM 001061725 Oryza sativa
F-ACCGCAGCGTCTCCTTC
R-ACCACCCGAGCATCCAG
羟化酶
Hydroxylase
NM 001068556 Oryza sativa
F-CCGCCTTCAACGACAA
R-CGCCCATACGACGATT
辅酶 A连接酶
CoA-ligases
X52623 Oryza sativa
F-TGGTGGAGTGCGTGCTG
R-AGGCGTTGGCGTAGATG
O-甲基转移酶
O-Methyltransferases
NM 001068677 Oryza sativa
F-TGTCCTGTGAAATGGGTG
R-CCTCGGAACAAGAACTG
肉桂酰辅酶 A
Cinnamoyl-CoA
NM 001069247 Oryza sativa
F-TGGGAGCAGGAATGGCAAAAT
R-TTCCGTCCCACCAGCATGAC
肉桂酸脱氢酶
Cinnamoylalcohol dehydrogenases
NM 193168 Oryza sativa
F-TCGGCGTCGCTAATTTCATCC
R-TCGATGGAAGAACGGGCAGAG
β-肌动蛋白
β-Actin AB047313 Oryza sativa
F-CTGCGGGTATCCATGAGACT
R-GCAATGCCAGGGAACATAGT

534 作 物 学 报 第 41卷


1.7 总酚含量分析
取CT829537-RNAi、CT829537-OE转基因水稻
及野生型水稻各3株(三叶一心期), 于Hoagland完全
营养液中恢复培养7 d后, 分别与等株数的稗草共培
养, 并以单独培养的各供试水稻作为对照, 处理与
对照均设3次重复。培养7 d后, 参照Folin-Ciocalteu
比色法测定转基因水稻及其野生型水稻根系及根系
分泌物中总酚的含量[29]。
1.8 根系分泌物对稗草的化感效应
分别收集转基因PI312777及其野生型植株的水
培液, 经0.45 µm滤膜过滤后取5 mL加至垫有滤纸
的培养皿中, 以添加等体积双蒸水为空白对照, 分
别放入20粒预萌发的稗草种子 , 处理与对照均设4
次重复。常温培养10 d后, 收集各处理稗草, 120℃杀
青30 min, 80℃烘干至恒重。所得原始数据均转化为
抑制率(inhibitory rates, IRs), 作为化感潜力评价指
标。IRs = (1TR/CK)×100%。其中TR为不同处理下
的稗草干物质重, CK为对照稗草的干物质重。IR < 0
表示存在促进作用, IR > 0表示存在抑制作用。
2 结果与分析
2.1 转基因植株的获得和阳性检测
采用农杆菌介导法将 CT829537-OE和 CT829537-
RNAi 载体分别转化到化感水稻 PI312777 中, 获得
CT829537-OE 和 CT829537-RNAi 的 T0代的转基因
PI312777。转基因水稻经 GUS染色检验显示水稻根
部被染成蓝色, 而相同处理的野生型水稻根系颜色
未发生变化(图 1), 说明 OsMYB (CT829537)基因的
RNAi和 OE表达质粒载体成功转入供试水稻中。进
一步以 T1代转基因水稻根部 cDNA 为模板, 进行潮
霉素基因(Hpt)和 GUS 基因的 PCR 检测, 电泳结果
显示 RNAi与 OE载体有效遗传至 T1代(图 2)。
2.2 转基因植株中 CT829537的表达
CT829537-OE转基因 PI312777的 CT829537基
因表达量明显高于野生型植株 , 而该基因在
CT829537-RNAi转基因 PI312777中的表达量则较野
生型植株明显降低(图 3)。
2.3 与稗草共培养的转基因水稻和野生型植株
酚酸代谢关键基因的表达变化
如图 4所示, 与稗草共生 7 d后, CT829537-OE
转基因水稻中酚酸代谢途径 7个关键酶基因的表达
均高于对照。其中苯丙氨酸解氨酶基因(PAL)和羟
化酶基因(HYL)上调了 3 倍和 4 倍, 肉桂酸-4-羟化
酶基因(C4H)、辅酶 A连接酶基因(4CL)、肉桂酰辅
酶 A基因(CCA)分别上调 2.14、1.23和 2.46倍, 肉
桂酸脱氢酶基因(CDA)、O-甲基转移酶基因(OMT)
基因表达量分别上调 7.26 倍和 3.73 倍。而在
CT829537-RNAi 转基因水稻中, 与对照植株相比,

图 1 阳性转基因水稻和野生型水稻的根系 GUS染色
Fig. 1 GUS dyeing of positive transgenic rice and wild type (WT) rice roots
WT: 野生型化感水稻 PI312777; CT829537-RNAi: CT829537抑制转基因水稻 PI312777; CT829537-OE: CT829537过表达转基因水稻
PI312777。
WT: wild type plant of allelopathic rice PI312777; CT829537-RNAi: CT829537 silience transgenic rice PI312777; CT829537-OE:
CT829537 overexpression transgenic rice PI312777.

图 2 T1代转基因水稻的潮霉素磷酸转移酶基因(Hpt)和 GUS基因 PCR检测
Fig. 2 Amplification of GUS and Hpt gene in T1 transgenic rice plants
M: DNA marker (100 bp ladder)
第 4期 沈荔花等: OsMYB调控化感水稻酚酸类物质合成及其抑草作用 535



图 3 半定量 PCR检测 CT829537基因在转基因水稻与野生型水稻中的表达量
Fig. 3 Gene expression level of CT829537 in transgenic rice and WT detected by semi-quantitative RT-PCR
缩写同图 1。Abbreviations are the same as those given in Fig. 1.


图 4 与稗草共培养下, 转基因 PI312777与其野生型植株的酚
酸代谢关键基因的表达变化
Fig. 4 Relative expression analysis of the genes relative to
phenolic acid synthesis in transgenic PI312777 and WT under
rice/BYG co-cultured condition
缩写同图 1。Abbreviations are the same as those given in Fig. 1
除 C4H表现微弱上调表达外, 其余 6个基因表达均
下调, 其中 4CL、CCA、HYL 下调了 6.68、4.20 和
4.08 倍, PAL、CDA、OMT 分别下调 1.50、1.64 和
2.14倍。稗草共生长处理后, 7个基因中只有 C4H在
RNA 干扰和过表达转基因水稻中上调表达, 且在
CT829537-OE 转基因水稻中的表达量高于 CT829537-
RNAi转基因水稻。
2.4 水稻根系和水培液中的总酚含量
与稗草共培养 7 d 后, 各水稻根系及其培养液
中的总酚含量均高于相应的单一种植的对照水稻组
(表 3)。CT829537-RNAi的转基因水稻根部及其培养
液中总酚含量均低于野生型水稻, CT829537-OE 的
转基因水稻则高于野生型水稻。通过检测 3 种水稻的
根系和培养液中总酚含量显示, OsMYB (CT829537)能
够调控化感水稻的总酚合成。

表 3 稗草共培养处理对转基因水稻和野生型水稻的总酚含量影响
Table 3 Comparison of total phenol content between transgenic PI312777 and WT under rice/BYG co-cultured condition
处理
Treatment
供试材料
Experimental materials
根系总酚含量
Total phenol content in root (μmol g–1)
水培液总酚含量
Total phenol content in culture solution (μmol L–1)
WT 19.69 a 24.17 b
CT829537-RNAi 15.20 b 13.74 d
与稗草共培
Co-cultured with BYG
CT829537-OE 20.28 a 26.90 a
WT 15.21 b 14.20 d
CT829537-RNAi 13.52 c 13.18 d
无稗草共培
Without BYG
CT829537-OE 16.92 b 20.88 c
同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。缩写同图 1。
Values followed by different small letters within a column are significantly different at the 0.05 level. Abbreviations are the same as
those given in Fig. 1

2.5 室内化感抑草潜力评价
从图 5 可以看出, CT829537-OE 转基因水稻根
系分泌物对稗草干重的抑制率达 36.7%, 显著高于
野生型植株, 后者根系分泌物的抑草潜力为 30.08%。
而 CT829537-RNAi转基因水稻的化感作用最弱, 仅
为 16.4%。
3 讨论
已有研究表明, 逆境胁迫下, 水稻化感物质合
成相关基因增强表达。Song等[30]应用抑制消减杂交
技术(SSH)比较了低氮胁迫下化感水稻 PI312777 的
基因表达变化 , 发现参与酚酸类化感物质合成的
PAL 及 O-甲基转移酶基因(OMT)均上调表达, 且其
536 作 物 学 报 第 41卷



图 5 转基因 PI312777及野生型 PI312777的根系分泌物对稗草
干重的抑制率
Fig. 5 Inhibitory rates of root exudates from transgenic
PI312777and WT on dry weight of BYG
缩写同图 1。a、b、c表示不同处理之间存在显著差异(P < 0.05)。
Abbreviations are the same as those given in Fig. 1. Superscript
letters indicate statistical groups that are significantly different
(P < 0.05).

上调表达倍数高于相同处理下的非化感水稻 Lemont,
同时 PI312777也显示出更强的化感抑草潜力。Xiong
等[31]利用荧光定量 PCR 系统比较了低氮胁迫下化
感水稻 PI312777 和非化感水稻 Lemont 的 7 个酚酸
合成相关基因的表达变化差异, 结果显示低氮胁迫
下 PI312777的 7个酚酸类合成相关基因的上调倍数
大部分高于 Lemont, 且 PI312777的酚酸含量也高于
Lemont; 此外, 萜类合成相关基因在两种水稻中的
表达差异不明显[32]。此外, 已有研究也表明, 田间旱
育条件下, PI312777 对田间杂草的抑制率高于土壤
水分充足条件下的杂草抑制率, 并显著高于相同种
植条件下非化感水稻 Lemont的田间抑草率[33]。通过
检测水稻根际土壤中的酚酸含量发现, 旱育条件下
PI312777 根际土壤中的酚酸类物质含量显著提高,
且明显高于 Lemont的根际土壤, 表明了酚酸类化合
物在水稻化感抑草过程中的重要作用[34]。
基因表达的转录受植物中最重要的一类调节基
因(转录因子, TF)的调控。Junaedi 等[35]发现了一些
转录调控因子在稗草共培养下的化感水稻中增强表
达。Fang等[23-24]的研究结果也显示转录因子 OsMYB
(CT829537)在稗草共培养下的化感水稻 PI312777中
的表达增强。MYB转录因子是植物中最大的转录因
子家族之一, 目前已有大量文献报道 MYB转录因子
生理作用非常广泛, 并参与植物次生代谢和生长发
育的各个方面, 其中包括合成酚酸类物质、花色素
苷、木质素、黄酮类的苯丙烷代谢途径[36-37]。Moyano
等[38]研究发现 2 个参与调控金鱼草苯丙烷代谢第一
个酶 PAL合成的转录因子 AmMYB305与 AmMYB340,
它们能够竞争性地结合在目的基因的启动子上, 并
通过内部协调机制参与苯丙烷代谢。大豆中 3 个
MYB 基因 ZmMYBZ2、ZmMYBJ6 和 ZmMYBJ7 也均
被证实可调控苯丙烷代谢途径部分关键酶的表达
[39]。然而, MYB是否也调控水稻的化感作用, 尚未见
相关报道。本研究结果显示化感水稻 PI312777 的
OsMYB (CT829537)正调控其苯丙烷代谢途径中酚酸
类合成相关基因的表达。过量表达 PI312777 中的
CT829537基因后, 其酚酸类化合物合成相关的酶基
因表达也增强, 酚酸类物质含量增加, 水稻化感抑
草能力提高, 抑制 PI312777 中该基因的表达则呈现
相反的趋势。该结果表明 CT829537能够通过调控化
感水稻的酚酸类代谢, 进而影响水稻的化感抑草能
力。研究结果也初步揭示了水稻化感抑草作用的转
录调控过程。
4 结论
转录因子 OsMYB (CT829537)正调控化感水稻
PI312777 的酚酸类物质代谢 , 抑制 PI312777 的
CT829537基因表达, 水稻的酚酸类合成相关基因表
达下调, 酚酸类化感物质合成量减少, 抑草能力下
降。过量表达该基因, 水稻的酚酸类合成相关基因
表达增强, 酚酸类化感物质合成量增加, 抑草能力
提高。然而, 这种调控作用究竟是通过转录因子与
基因启动子直接互作实现的, 还是通过其他间接途
径实现对基因表达的调控, 有待进一步研究阐明。
References
[1] Olofsdotter M, Navarez D, Rebulanan M, Streibig J C.
Weed-suppressing rice cultivars: does allelopathy play a role.
Weed Res, 1999, 39: 441–454
[2] Chou C H, Chang F J, Oka H I. Allelopathic potentials of wild
rice, Oryza perennis. Taiwania, 1991, 36: 201–210
[3] Chou C H. Adaptive autointoxication mechanisms of Oryza sa-
tiva. In: Olofsdotter M, ed. Allelopathy in Rice. Los Banzos,
Philippines: IRRI, 1996. pp 25–27
[4] Fujii Y. The allelopathic effect of some rice varities. In: Proceed-
ings of the International Seminar Biological Control and Inte-
grated Management of Paddy and Aquatic Weeds in Asia. Tsu-
kuba, Japan, 1992. pp 160–165
[5] Dilday R H, Lin J, Yan W. Identification of allelopathy in the
USDA-ARS rice germplasm collection. Aust J Exp Agric, 1994,
34: 907–910
[6] Dilday R H, Yan W G, Moldenhauer K A K, Gravois K A. Al-
lelopathic activity in rice for controlling major aquatic weeds. In:
Olofsdotter M, ed. Proceedings of Workshop on Allelopathy in
Rice. Manila, Philippines: IRRI, 1998. pp 7–26
[7] Dilday R H, Nastasi P, Smith R J Jr. Allelopathic observation
第 4期 沈荔花等: OsMYB调控化感水稻酚酸类物质合成及其抑草作用 537


in rice (Oryza sativa L.) to ducksalad (Heteranthera limosa).
Proc Arkansas Acad Sci, 1989, 43: 21–22
[8] Dilday R H, Lin J, Yan W. Identification of allelopathy in the
USDA-ARS rice germplasm collection. Aust J Exp Agric,
1994, 34: 907–910
[9] Dilday R H, Mattice J D, Moldenhauer K A. An overview of
rice allelopathy in the USA. In: Kim K U, Shin D H, eds. Rice
Allelopathy. Taegu (Korea): Kyungpook National University,
2000. pp 15–26
[10] Jensen L B, Courtois B, Shin L S, Li Z K, Olofsdotter M,
Mauleon R P. Locating genes controlling allelopathic effects
against barnyardgrass in upland rice. Agron J, 2001, 93:
21–26
[11] Ebana K, Yan W G, Dilday R, Namai H, Okuno K. Analysis of
QTL associated with the allelopathic effect of rice using water
soluble extracts. Breed Sci, 2001, 51: 47–51
[12] Xiong J, Jia X L, Deng J Y. Analysis of epistatic effect and QTL
interactions with environment for allelopathy in rice (Oryza sa-
tiva L.). Allelopathy J, 2007, 20: 259–268
[13] Lee S B, Seo K I, Koo J H, Hur H S, Shin J C. QTLs and mo-
lecular markers associated with rice allelopathy. In: Haper J D I,
An M, Kent J H, eds. Proceedings of the Fourth World Congres-
son Allelopathy “Establishing the scientific base”. Australia:
Charles Sturt Universit, Wagga Wagga, NSW, 2005. pp 505–507
[14] Zeng D L, Qian Q, Teng S, Fujimoto H, Kunihifo Y, Zhu L H.
Genetic analysis of rice allelopathy. Chin Sci Bull, 2003, 48:
265–268
[15] 王海斌, 何海斌, 熊君, 邱龙, 方长旬, 曾聪明, 严琳, 林文雄.
低钾胁迫对水稻(Oryza sativa L.)化感潜力变化的影响. 生态
学报, 2008, 28: 6219–6227
Wang H B, He H B, Xiong J, Qiu L, Fang C X, Zeng C M, Yan L,
Lin W X. Effects of potassium stress on allelopathic of rice
(Oryza sativa L.). Acta Ecol Sin, 2008, 28: 6219–6227 (in Chi-
nese with English abstract)
[16] 王海斌, 何海斌, 叶陈英, 邱龙, 方长旬, 林文雄. 不同化感
潜力水稻秧苗响应低钾的光合生理特性. 中国生态农业学报,
2008, 16: 1474–1477
Wang H B, He H B, Ye C Y, Qiu L, Fang C X, Lin W X. Photo-
synthetic physiology of different allelopathic rice accessions at
seedling stage under phtossium stress. Chin J Eco-Agric, 2008,
16: 1474–1477 (in Chinese with English abstract)
[17] 王海斌, 何海斌, 曾聪明, 吴良展, 沈荔花, 熊君, 林瑞余, 林
文雄. 低磷胁迫下不同化感潜力水稻秧苗生长的分子生理特
性. 应用与环境生物学报, 2008, 14: 593–598
Wang H B, He H B, Zeng C M, Wu L Z, Shen L H, Xiong J, Lin
R Y, Lin W X. Molecular physiological properties of different
rice accessions mediated by different phosphorus supplies at
seedling stage. Chin J Appl Environ Biol, 2008, 14: 593–598 (in
Chinese with English abstract)
[18] Mattice J, Lavy T, Sdulman B, Dilday R H. Searching for al-
lelochemicals in rice that control ducksalad. In: Olofsdotter M ed.
Proceedings of Workshop on Allelopathy in Rice. Manila, Philip-
pines: IRRI, 1998. pp81–98
[19] Seal A N, Pratley J E, Haig T, An M. Identification and quantita-
tion of compounds in a series of allelopathic and nonallelopathic
rice root exudates. J Chem Ecol, 2004, 30: 1647–1662
[20] Macias F A, Chinchilla N, Varela R M, Molinllo J M G. Bioactive
steroids from Oryza sativa L. Steroids, 2006, 71: 603–608
[21] He H B, Wang H B, Fang, C X, Lin Z H, Yu Z M, Lin W X.
Separation of allelopathy from resource competition using
rice/barnyardgrass mixed-cultures. PLoS One, 2012, 7(5): e37201
[22] Kato N H. Barnyard grass-induced rice allelopathy and momi-
lactone B. Plant Physiol, 2011, 168: 1016–1020
[23] Fang C X, He H B, Wang Q S, Qiu L, Wang H B, Zhuang Y E,
Xiong J, Lin W X. Genomic analysis of allelopathic response to
low nitrogen and barnyardgrass competition in rice (Oryza sativa
L.). Plant Growth Regul, 2010, 61: 277–286
[24] Fang C X, Zhuang Y E, Xu T C, Li Y Z, Li Y, Lin W X. Changes
in rice allelopathy and rhizosphere microflora by inhibiting rice
henylalanine ammonia-lyase gene expression. J Chem Ecol, 2013,
39: 204–212
[25] Putu S, Tsutomu S, Hidenari S, Masahiro N, Masayuki N, Minco
K. Development of simple and efficient in planta transformation
method for rice (Oryza sativa L.) using Agrobacterium tumefa-
ciens. J Biosci Bioeng, 2005, 100: 391–397
[26] Fang C X, Wang Q S, Yu Y, Lin Q M, Zhang H L, Wu X C, Chen
T, Lin W X. Suppression and overexpression of Lsi1 induce dif-
ferential gene expression in rice under ultraviolet radiation. Plant
Growth Regul, 2011, 65: 1–10
[27] 熊君, 王海斌, 方长旬, 邱龙, 吴文祥, 何海斌, 林文雄. 不同
氮素供应下水稻酚类物质代谢关键酶基因差异表达. 植物生
理与分子生物学学报, 2007, 33: 387–394
Xiong J, Wang H B, Fang C X, Qiu L, Wu W X, He H B, Lin W
X. The differential expression of the genes of the key enzymes
involved in phenolic compound metabolism in rice (Oryza sativa
L.) under different nitrogen supply. J Plant Physiol Mol Biol,
2007, 33: 387–394 (in Chinese with English abstract)
[28] Livak K J, Schmittgen T D. Analysis of relative gene expression
data using real-time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method.
Methods, 2001, 25: 402–408
[29] 庄月娥. 水稻抑草作用关键基因的分子生态机制研究. 福建
农林大学硕士学位论文, 福建福州, 2011
Zhuang Y E. Molecular Ecological Mechanism of the Key Gene
for Weed-suppression in Allelopathic Rice. MS Thesis of Fujian
Agriculture and Forestry University, Fuzhou, China, 2011 (in
Chinese with English abstract)
[30] Song B Q, Xiong J, Fang C X, Qiu L, Lin R Y, Liang Y Y, Lin W
X. Allelopathic enhancement and differential gene expression in
rice under low nitrogen treatment. J Chem Ecol, 2008, 34:
688–695
[31] Xiong J, Wang H, Qiu L, Wu H W, Chen R S, He H B, Lin R Y,
Lin W X. qRT-PCR analysis of key enzymatic genes related to
phenolic acid metabolism in rice accessions (Oryza sativa L.)
exposed to low nitrogen treatment. Allelopathy J, 2010, 25:
345–356
[32] 王海斌, 熊君, 方长旬, 邱龙, 吴文祥, 何海斌, 林文雄. 氮素
胁迫下强、弱化感水稻萜类代谢途径中关键酶基因差异表达
的 FQ-PCR分析. 作物学报, 2007, 33(8): 1329–1334
Wang H B, Xiong J, Fang C X, Qiu L, Wu W X, He H B, Lin
W X. FQ-PCR analysis on the differential expression of the
key enzyme genes involved in isoprenoid metabolic pathway
in allelopathic and weak allelopathic rice accessions (Oryza
538 作 物 学 报 第 41卷


sativa L.) under nitrogen stress condition. Acta Agron Sin,
2007, 33(8): 1329–1334 (in Chinese with English abstract)
[33] 孙小霞, 王海斌, 林辉锋, 何海斌, 陆锦池, 曾聪明, 熊君, 林
文雄. 田间旱育条件下不同化感潜力水稻的抑草效应分析.
中国生态农业学报, 2009, 17: 842–846
Sun X X, Wang H B, Lin H F, He H B, Lu J C, Zeng C M, Xiong
J, Lin W X. Effects of weed suppression by different allelopathic
rice varieties under dry-raising condition. Chin J Eco-Agric, 2009,
17: 842–846 (in Chinese with English abstract)
[34] 孙小霞, 王海斌, 何海斌, 陆锦池, 林文雄. 田间旱育条件下
不同化感潜力水稻根际土壤酚酸类和萜类物质分析. 中国生
态农业学报, 2014, 22: 806–812
Sun X X, Wang H B, He H B, Lu J C, Lin W X. Analysis of phe-
nolic acids and terpenoids in rhizosphere soils of different allelo-
pathic rice varieties under dry field conditions. Chin J Eco-Agric,
2014, 22: 806–812 (in Chinese with English abstract)
[35] Junaedi A, Jung W S, Chung I M, Kim K H. Differentially
expressed genes of potentially allelopathic rice in response
against barnyardgrass. J Crop Sci Biotechnol, 2007, 10:
231–236
[36] Pazares J, Ghosal D, Wienand U, Peterson P A, Saedler H.
There gulatory C1 locus of Zea mays encodes a proterin with
homology to myb-oncogene products and with structural
similarities to transcriptional activators. EMBO J, 1987, 6:
3553–3558
[37] Cone K C, Burr F A, Burr B. Molecular analysis of the maize
anthocyanin regulatory locus C1. Proc Natl Acad Sci USA,
1986, 83: 9631–9635
[38] Moyano E, Martinez-Garcia J F, Martin C. Apparent
redundancy in myb gene function provides gearing for the
control of flavonoid biosynthesis in Antirrhinum flowers.
Plant Cell, 1996, 8: 1519–1532
[39] Legay S, Lacombe E, Goicoechea M, Brière C, Séguin A,
Mackay J, Grima-Pettenati J. Molecular characterization of
EgMYB1, a putative transcriptional repressor of the lignin
biosynthetic pathway. Plant Sci, 2007, 173: 542–549