全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(6): 887−894 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA10A102)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 张景六, E-mail: jlzhang@sippe.ac.cn
Received(收稿日期): 2010-01-08; Accepted(接受日期): 2010-03-04.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.00887
水稻密穗突变体 A989突变基因克隆和转基因植株分析
黎 凌 1,3 时振英 1 沈革志 2 王新其 2 安林升 1 张景六 1,*
1 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所 / 植物分子遗传国家重点实验室, 上海 200032; 2上海农业科学研究院作物研
究所, 上海 201106; 3上海交通大学农业与生物学院, 上海 200240
摘 要: 从水稻 T-DNA 插入突变群体中分离得到一个密穗突变体 A989, 表现晚开花、穗二级枝梗和小花数增加以
及包颈。分子检测证明 A989中 T-DNA是单拷贝插入, 通过 inverse PCR的方法分离得到 A989 中 T-DNA的旁邻序
列, 表明 T-DNA插入在 RCN2基因 polyA加 A位点后 330 bp处; RT-PCR检测发现在 A989中, RCN2基因的表达被
显著上调。利用 2×35S启动子在野生型水稻 Zhonghua 11中超表达 RCN2基因, 转基因植株表现为不抽穗, 通过细胞
学观察发现转基因植株能完成营养生长向生殖生长的转变, 但是生殖生长期的分生组织在分化出二级枝梗原基后停
止分化和生长。此外, 通过比较部分开花相关基因在野生型 Zhonghua 11、突变体 A989 中的表达, 推测了 RCN2 基
因可能的作用途径。
关键词: 水稻; T-DNA; 密穗; RCN2基因
Dense-Panicle-Related Gene Cloning from Rice Mutant A989 and Transgenic
Plant Analysis
LI Ling1,3, SHI Zhen-Ying1, SHEN Ge-Zhi2, WANG Xin-Qi2, AN Lin-Sheng1, and ZHANG Jing-Liu1,*
1 National Key Laboratory of Plant Molecular Genetics / Institute of Plant Physiology & Ecology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese
Academy of Sciences, Shanghai 200032, China; 2 The Plant Breeding and Cultivation Research Institute, Shanghai Academy of Agricultural Sciences,
Shanghai 201106, China; 3 School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
Abstract: Rice (Oryza sativa L.) is a model monocotyledonous plant for genetic study due to its small genome size. Along with
the completion of genome sequencing, gene cloning and function study becomes the most important task. The concomitant metho-
dology of reverse genetics has played fundamental roles in identifying and studying rice genes in recent years. Rice heading time
and inflorescence architecture are two inter-relating and agriculturally important characters. In Arabidopsis, TFL1 gene takes part
in the configuration process and transition of growth stage, including flowering. In rice, there are four TFL1 gene homologies,
RCN1-4, over-expression of any one of which could result in delayed flowering and abnormal inflorescence architecture. In this
study, a mutant A989 with the trait of dense panicle and late flowering was isolated from our T-DNA insertion population. Ge-
netic and molecular analysis proved that in mutant A989, insertion of T-DNA nearby the RCN2 gene caused its over-expression,
and resulted in the phenotype of dense panicle and late flowering. We further made RCN2 gene over-expressed driven by double
35S promoter, and analyzed trait of the transformants. Possible pathway of RCN2 gene function was discussed.
Keywords: Rice; T-DNA; Dense panicle; RCN2
水稻是单子叶植物的模式植物, 随着水稻基因
组测序工作的完成, 大规模克隆水稻基因并分析其
功能就成为功能基因组学最重要的工作。以 T-DNA
随机插入水稻基因组产生突变体并利用 T-DNA 作
标签分离插入位点的旁邻序列从而克隆突变基因的方
法, 在功能基因组学的研究中得到了广泛的应用[1-4]。
水稻的开花时间和穗型是重要的农艺性状, 而
且二者密切相关。已有报道在拟南芥中参与植株的
形态建成和生长时期的转变的主要是 TFL1 基因[5],
而在水稻中有 4 个 TFL1 同源基因 RCN1-4, 超表达
RCN1-3 中的任何一个都能引起水稻开花时间推迟
以及穗形态发育异常[6-7]。我们从一个 T-DNA 插入
的水稻突变群体中分离得到一个突变体 A989。对其
遗传与分子分析证明由于 T-DNA插入水稻 RCN2基
888 作 物 学 报 第 36卷

因附近, 引起RCN2基因的超表达, 造成突变体出现
密穗及晚开花的表型。本研究构建了 2×35S 超强表
达 RCN2基因的载体, 对超强表达 RCN2基因的转基
因水稻的表型特征进行了分析, 最后对 RCN2 基因
的可能作用途径进行了讨论。
1 材料与方法
1.1 植物材料
水稻突变体 A989 来自本实验室构建的水稻品
种中花 11 (Oryza sativa L. subsp. japonica cv.
Zhonghua 11) 的 T-DNA 插入突变群体[8]。中花 11
和突变体 A989 以及转基因植株种植于中国科学院
上海生命科学研究院植物生理生态研究所人工气候
室, 光照强度 2 700 μmol m−2 s−1, 温度(28±1)℃。突
变体和转基因植株的大田实验分别在上海市农业科
学院上海实验田和海南南繁基地(三亚)进行。
1.2 Southern杂交
用 CTAB法抽提水稻叶片总 DNA, 15 μg左右水
稻总 DNA经适当限制性内切酶消化, 0.8%琼脂糖凝
胶电泳分离。DNA用 0.2 mol L−1 HCl溶液脱嘌呤,
经变性以及中和后于中性条件下用毛细管法将
DNA转移至尼龙膜上, 80℃烘干 2 h; 以 PCR扩增的
Hpt 基因片段作为探针, 按照 Amersham Bioscience
公司的 ECL试剂盒操作说明进行探针标记、杂交、
显影。
1.3 转基因质粒的构建
以野生型 Zhonghua 11基因组 DNA为模板, 用
引物 RCN2-BamH I, 5′-CCGGATCCGAGATAGATA
TACGGCCATGTCGAG-3′; 和 RCN2-Xba I, 5′-CC
TCTAGAATAGCTTGCACATTGCGATTG-3′, 聚合
酶 KOD plus (TOYOBO)进行 PCR 扩增, 得到包含
RCN2 完整内含子和外显子的 DNA 片段, 将此片段
用限制性内切酶 BamH I和 Xba I双酶切插入超表达
载体 PHB, 构建成超表达质粒 2×35S::RCN2。
1.4 半定量 RT-PCR
用 Trizol Reagent抽提水稻组织总RNA, 取 1 μg
总 RNA, 经无 RNase的DNase消化后, 加入 4 μL 5×
反转录缓冲液, 4 μL dNTP (5 mmol L−1), 1 μL反转录
酶(RTase-Ace, TOYOBO), 补足 DEPC 处理的水到
20 μL, 42℃保温 1 h, 获得水稻组织 cDNA。
1.5 水稻幼穗石蜡切片及甲苯胺蓝染色
取水稻进入生殖生长期的幼穗经 50% FAA 固
定 24 h。70%酒精换洗两次, 每次 20 min, 83%、95%
以及无水酒精梯度脱水, 每个梯度脱水 1 h。将完全
脱水后的材料用二甲苯处理 6 h 至完全透明, 二甲
苯∶纯蜡(体积比 1∶1)室温渗透 1 h 后于 42℃渗透
过夜, 换纯蜡 58℃渗透 5次, 每次 2 h。经包埋, 修
块, 石蜡切片机切片(8 μm), 在载玻片上均匀涂一
层水, 将蜡带截断排在载玻片上。等蜡带完全展开
后, 倾斜载玻片, 去掉多余水分, 放在 42℃左右的
热台上等蜡带基本粘贴在载玻片上不移动, 即可置
桌面晾干。切片在染色缸中用 0.05%甲苯胺蓝(0.01
mol L−1乙酸乙酸钠溶液配制 pH 4.5), 37℃染色 30
min。用水冲洗去浮色, 于 37℃烘箱烘干, 转入二甲
苯中脱蜡两次, 每次 10 min。在脱蜡后的载玻片上
滴 2 滴中性树胶, 盖玻片封片。待二甲苯挥发干净
后于显微镜下观察。
1.6 水稻幼穗的电镜观察
取水稻进入生殖生长期的幼穗经 50% FAA 固
定 24 h。酒精梯度脱水后材料经二氧化碳临界点干
燥, 固定于铜台上喷金, 用扫描电镜观察拍照。
2 结果与分析
2.1 A989 突变体的遗传和表型分析以及 T-DNA
拷贝数检测
A989主要表型为晚开花、穗短、穗二级枝梗增
多、小花数目(穗粒数)增多(即密穗), 而植株高度、
分蘖数等农艺性状没有明显改变(表 1)。将 A989 突
变体纯合单株与 Zhonghua 11杂交(包括正交和反交),
构建分离群体用于密穗表型的遗传分析。在杂交 F2
代分离群体 410 株单株中, 有 305 株呈现密穗表型,
105 株正常穗; 密穗与正常穗的表型分离比与经典孟
德尔显性遗传分离比率 3∶1符合。进一步进行分子
分析表明, 所有具密穗表型的植株都有 T-DNA的插
入, 而所有正常穗的植株中都没有检测到 T-DNA。
说明 A989 突变体中密穗性状是由单一基因控制 ,
并且 T-DNA的插入与密穗性状是连锁的。
为精确统计 A989突变体和野生型 Zhonghua 11
在长、短日照下的开花时间差异, 将二者置人工气候
室, 统计不同长度光照条件下(短日照——10 L/14D,
每天 10 h的光照: 14 h的黑暗; 长日照——14 L/10D,
每天 14 h的光照∶10 h的黑暗)的开花时间。结果显
示, 在短日照下(10L:14D), 野生型 Zhonghua 11 抽
穗的时间约为播种后 51 d, 而突变体比 Zhonghua 11
晚 6~7 d; 在长日照下(14L/10D), Zhonghua 11抽穗
时间为播种后 87 d, 而突变体比 Zhonghua 11晚 6~7
d (表 1)。说明 A989 突变体比野生型 Zhonghua 11
晚开花, 而且晚开花的程度不受光周期的影响。
第 6期 黎 凌等: 水稻密穗突变体 A989突变基因克隆和转基因植株分析 889


与野生型 Zhonghua 11 的穗型比较 , 突变体
A989 的穗长缩短(图 1-a)、二级枝梗增多(图 1-b)。
二级枝梗数目增加了一倍多。在野生型 Zhonghua 11
中应该发育成小花的位置被二级枝梗所代替, 随后
导致小花数目增加一倍多 , 加之突变体的穗短 , 使
A989呈现明显的密穗性状, 但是大部分的小花最后败
育(图 1-a, b)。突变体的种子比野生型略小(图 1-c), 千
粒重也相对较低(表 1)。另外在突变体中还出现了包
颈的现象, 即穗颈节抽出不充分导致穗下部仍然包裹
在旗叶叶鞘中。除此之外, 突变体与野生型在株高、
分蘖数以及穗一级枝梗等方面没有明显差别(表 1)。
分别用 BamH I、EcoR I和 Hind III三种限制性

表 1 野生型 Zhonghua 11和突变体 A989的表型统计
Table 1 Statistical analysis of the phenotypes of Zhonghua 11 and A989
表型
Phenotype
中花 11
Zhonghua 11
A989
开花时间(LD)a Flowering time (LD) (d) a 87.0±1.4 93.1±2.4
开花时间(SD)a Flowering time (SD) (d) a 51.1±0.8 57.3±1.4
株高 Plant height (cm) 87.4±4.6 88.1±5.6
分蘖数 Tillering number 11.8±1.4 10.9±2.1
穗长 Panicle length (cm) 22.0±3.8 18.1±2.9
叶枕距 Length between neck of sparke and flag leaf collar (cm) 8.1±1.8 −1.6±2.0
一级枝梗数 Primary branches number 10.6±1.0 11±1.8
二级枝梗数 Secondary branches number 32.9±5.2 70.1±7.3
总粒数 Grain number 132.6±18.5 327.8±63.3
空粒数 Null grain number 30.2±10.1 155.5±32.4
千粒重 1000-grains weight (g) 22.52 18.54
a: 针对“开花时间(LD)”和“开花时间(SD)”的统计 , 植株种植于人工气候室 ; 而针对其他性状的统计 , 植株种植于大田(海南 ,
2006年冬)。
a: Heading date was measured in green house (LD and SD) and other traits in the field (Hainan, China, 2006, winter).



图 1 野生型水稻 Zhonghua 11和突变体 A989穗部表型及种子比较
Fig. 1 Panicles of wild type Zhonghua 11 and mutant A989
(a) 野生型 Zhonghua 11和突变体 A989成熟的穗。(b) 野生型 Zhonghua 11和突变体 A989的一级枝梗。红色的点指示二级枝梗。(c)
野生型 Zhonghua 11和突变体 A989的种子。突变体的种子比野生型略小, bar=1 cm. (d) 突变体 A989基因组 DNA的 Southern blot分
析。基因组 DNA分别用 BamH I(B)、EcoR I(E)和 Kpn I(K)消化, 转膜后用 Hyg基因片段作为探针进行杂交。
(a) Whole panicles of wild type Zhonghua 11 and mutant A989. (b) The primary branch of panicles in Zhonghua 11, A989 respectively. (c)
Morphology of un-hulled grains of Zhonghua 11, mutant A989. Mutants produced smaller grains than Zhonghua 11, bar= 1 cm. Red points
indicate the second branches. (d) Southern blot analysis of genomic DNA of A989 plants. Genomic DNA was digested with BamH I(B),
EcoR I(E), and Kpn I(K), respectively, and transferred to nylon membrane and blotted with Hyg segment as probe.
890 作 物 学 报 第 36卷

内切酶酶切突变体 A989叶片总 DNA, 以 T-DNA中
携带的特异 Hyg 基因片段为探针对酶切产物进行
Southern杂交分析, 结果 A989中显示的都是单条杂
交带, 表明 T-DNA 在突变体 A989 中为单拷贝插入
(图 1-d)。
为克隆 A989中的突变基因, 用 Inverse-PCR扩
增出 A989 中 T-DNA 插入右端旁邻序列, 经测序后
与水稻基因组数据库比对发现在 A989 突变体中
T-DNA 插入位置相当于水稻 2 号染色体 PAC clone
P0605D08, 第 52 394 bp处。在插入位点处没有已知
或预测的基因存在, 而在插入位点旁发现一个已知
基因 RCN2 (LOC_Os02g32950), 插入位点距 RCN2
的 ATG 2 082 bp, 距该基因 polyA加 A位点 330 bp
(图 2)。
2.2 突变体 A989中 RCN2基因的表达被上调
利用 RT-PCR检测了野生型 Zhonghua 11、突变
体 A989 叶片中 RCN2 基因的表达变化 , 发现在
A989成熟叶片中 RCN2的表达被显著上调(图 3), 已
有报道在水稻中异位表达 RCN1 或 RCN2 能引起转
基因水稻出现晚开花和密穗表型(dense panicle)[6-7],
因此, 突变体 A989 出现晚开花和密穗表型是 RCN2
表达上调造成的。



图 2 A989中 T-DNA的插入位置示意图
Fig. 2 T-DNA insertion site located near RCN2 gene in A989
A989中 T-DNA插入位点在 RCN2基因附近。TTS: 转录终止位点; △: T-DNA插入位点。
TTS: transcription terminator site; △: T-DNA insertion site.



图 3 RCN2在野生型 Zhonghua 11、A989和 2×35S::RCN2转
基因植株叶片中的表达
Fig. 3 Expression of RCN2 in leaves of wild type Zhonghua 11,
A989, and 2×35S::RCN2 transgenic plants
actin的 PCR为 25个循环, RCN2为 35个循环。
PCR for actin was processed 25 cycles, for RCN2 35 cycles.

2.3 利用 2×35S启动子在水稻中超强表达 RCN2
基因出现了不抽穗的表型
为了进一步探讨 RCN2 基因的功能, 用 2×35S
启动子在野生型 Zhonghua 11 中超强表达了 RCN2
基因。用携带质粒 2×35S::RCN2的农杆菌 EH105(见
材料和方法 1.3)转化野生型水稻 Zhonghua 11 愈伤
组织。在组培时期, 抗性愈伤组织很难分化出植株,
经多批转化共获得 6 株转基因植株, 经 RT-PCR 检
测发现 6 个转基因植株中 RCN2 都发生了超强表达
(图 4-e)。将转基因植株种植在人工气候室, 在短日
照条件(SD)下, 4个月后植株仍然没有抽穗, 而此时
植株早期叶片已经变黄而死亡(图 4-a, b)。解剖分析
发现此时生长点已经停止生长。通过剥取不同发育
时期的生长点, 发现 2×35S::RCN2 转基因植株能够
完成营养生长向生殖生长的转变, 但进入生殖生长后
穗颈节不伸长(图 4-c), 旗叶不能生长, 使得穗发育
受到限制, 并最终死亡, 幼穗的叶鞘紧密包裹在一
起(图 4-d)。2×35S::RCN2转基因植株中穗颈节伸长
受到抑制, 可能是 A989中包颈现象在程度上的加深。
取 Zhonghua 11及 2×35S::RCN2转基因植株进
入生殖生长期的长约 1 mm 左右的生长点在电镜下
观察, 发现 Zhonghua 11雌雄蕊原基已经开始发育(图
5-a), 而转基因植株并没有小花原基的产生(图 5-c)。
第 6期 黎 凌等: 水稻密穗突变体 A989突变基因克隆和转基因植株分析 891




图 4 2×35S::RCN2转基因植株表型
Fig. 4 Phenotype of 2×35S::RCN2 transgenic plants
(a) Zhonghua 11 (左) 和 2×35S::RCN2转基因植株(右)成熟期性状。(b) Zhonghua 11 (左) 和 2×35S::RCN2转基因植株(右)的节间表型。
(c) 从左到右显示 2×35S::RCN2转基因植株不同发育时期的顶端分生组织。箭头指示不能伸长的穗颈节。(d)显示 35S::RCN2转基因
植株包裹幼穗的叶鞘。(e)RT-PCR显示 6个 2×35S::RCN2(OE-1~6)转基因株系中 RCN2基因较 Zhonghua 11(WT)表达上调。
(a) Overall phenotype of Zhonghua 11 (left) and 2×35S::RCN2 transgenic plant (right). (b) The internodes of Zhonghua 11 (left) and
2×35S::RCN2 transgenic plant (right). (c) Left to right showed SAMs of different developmental stages from 2×35S::RCN2 transgenic plant.
Arrowhead shows the unelongated uppermost internode. (d) The leaf sheath which wrapped the young panicle of 2×35S::RCN2. (e) RT-PCR
analysis of RCN2 expression in wild type (WT) and 2×35S::RCN2 transgenic plants.



图 5 扫描电镜观察野生型 Zhonghua 11和 2×35S::RCN2转基因植株 1.0 mm左右幼穗
Fig. 5 Scanning Electron Microscope analysis of young panicle anlage of Zhonghua 11 and 2×35S::RCN2 transgenic plant
(a) Zhonghua 11幼穗上可见发育中的雌雄蕊原基。(b)对(a)中的一个雌雄蕊原基放大。(c) 2×35S::RCN2转基因植株的幼穗呈现许多原
基样的结构, 但是没有雌雄蕊原基发生。(d)对(c)中的一个雌雄蕊原基放大。
(a) Young panicle of Zhonghua 11 showing many pistil and stamen anlages. (b) An enlargement of one pistil and stamen anlage in (a). (c)
Young panicle of 2×35S::RCN2 transgenic plant showed many anlages structure but no pistil and stamen anlages. (d) An enlargement of one
young panicle anlage in (c). For (a) and (c) bar＝100 μm, for (b) and (d) bar＝20 μm.
892 作 物 学 报 第 36卷

转基因植株的原基表面有明显的褶皱(图 5-d), 这与
Zhonghua 11平滑的原基明显不同(图 5-b)。
将野生型 Zhonghua 11和 2×35S::RCN2转基因
植株 1.5 mm 左右的生长点经石蜡包埋后切片(见材
料和方法), 甲苯胺蓝染色后发现野生型 Zhonghua 11
的生长点已经形成完整的小花结构(图 6-a, b), 而 2×
35S::RCN2 转基因植株的生长点没有形成小花结构
(图 6-c, d)。转基因植株已经形成了一级枝梗, 二级
枝梗已经起始并发育, 在一级枝梗和二级枝梗上有
许多原基样结构, 可能是并未起始发育的小花原基
(图 6-c, d)。取 5 mm左右大小的 2×35S::RCN2转基
因植株幼穗, 经石蜡包埋切片用甲苯胺蓝染色后观
察, 发现其与 1.5 mm左右的转基因植株幼穗相比一
级枝梗和二级枝梗都发育并伸长, 二级枝梗明显增
多, 一级枝梗和二级枝梗上起始的花原基并不能发
育成小花(图 6-e)。上述结果说明在 2×35S::RCN2转
基因植株中一级枝梗原基和二级枝梗原基的起始不
受影响, 而小花原基不能发育, 枝梗原基的继续发
育受到了抑制。
2.4 部分与开花相关基因在野生型、突变体中的
表达
在长日照下(14L/10D)生长 30 d的Zhonghua 11、
A989在光照 7 h后同时取叶片分别抽取总 RNA, 进
行半定量 RT-PCR 反应。在叶片样品中检测开花相
关基因 OsSOC1、OsEMF1、RAP1A、RAP1B、RCN2
的表达。结果表明在A989中 RCN2被超表达, RAP1B
的表达被高度下调, 而 OsSOC1、OsEMF1的表达无
明显变化(图 7), 在 Zhonghua 11与A989中均未检测
到 RAP1A的表达(数据未显示)。
3 讨论
3.1 RCNs 基因在水稻中超表达引起晚开花和密
穗表型
Nakagawa等[6]在 2002年报道了 RCN1或 RCN2



图 6 野生型 Zhonghua 11和 2×35S::RCN2转基因植株 1.5 mm左右小穗纵切片及 2×35S::RCN2转基因植株 5.0 mm左右小穗纵切片
Fig. 6 Longitudinal section of young panicles in wild type Zhonghua 11 and 2×35S::RCN2 transgenic plants
(a) Zhonghua 11 1.5 mm幼穗纵切。(b) (a)图中小花原基放大。(c) 2×35S::RCN2转基因植株 1.5 mm幼穗纵切。(d) (c)图中原基样结构
放大。(b)中箭头指示 Zhonghua 11的小花原基, (d) 中红色的点表示未分化的小花原基或小花原基并未形成。(e) 2×35S::RCN2转基因
植株 5.0 mm小穗纵切。
(a) Longitudinal section of 1.5 mm young panicles in wild type Zhonghua 11. (b) An enlargement of longitudinal section of young panicles in
(a). (c) Longitudinal section of 1.5 mm young panicles in 2×35S::RCN2 transgenic plants. (d) An enlargement of longitudinal section of
young panicles in (c). Bar=251 μm. Black arrow in (b) indicates the differentiated floret primordium in Zhonghua 11 young panicle, red dots
in (d) indicates the un-differentiated floret primordium or no floret primordium formation. (e) Longitudinal section of 5 mm young panicles in
2×35S::RCN2 transgenic plants.
第 6期 黎 凌等: 水稻密穗突变体 A989突变基因克隆和转基因植株分析 893




图 7 部分开花相关基因在野生型 Zhonghua 11和 A989叶片中
的表达
Fig. 7 Expression of some flower controlling related genes in
wild type and mutant A989
OsSOC1, OsEMF1, RAP1B, RCN2扩增以 35个循环, actin扩增 25
个循环。
PCR was processed 35 cycles for OsSOC1, OsEMF1, RAP1B,
RCN2, and 25 cycles for actin.

在水稻中异位表达引起晚开花和密穗的表型, 而在
拟南芥中异位表达引起与异位表达 TFL1 类似的晚
开花和分支增多以及花器官发育异常等表型, 说明
TFL1-like 基因的功能在拟南芥和水稻中是保守的;
Zhang 等[7]也发表了类似的结果, 发现水稻中 RCN3
也具有与 RCN1 和 RCN2 类似的功能。本研究再次
证实在 A989 突变体中由于 T-DNA 插入造成 RCN2
基因表达上调, 从而产生晚开花和密穗的表型。进
一步证明了 TFL1-like基因的功能保守性。
3.2 水稻中 RCNs调控开花时间的可能途径
在拟南芥中, TFL1通过抑制 AP1和 LEAFY(LFY)
调控开花和穗形态建成, 这 3个基因是调控拟南芥开
花以及花器官特征的重要基因。水稻中 AP1有两个
同源基因, 分别是 RAP1A及 RAP1B, 其中 RAP1B与
开花时间的调控密切相关[9], LFY同源基因 RFL也与
开花调控有关[10], OsSOC1[11]、OsEMF1[12]也参与水
稻开花时间调控。
拟南芥中的 TFL1、TFL1-like与水稻中的 RCNs
都属于磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)[13]。植物中的
PEBP 分为 FT-like 和 TFL1-like 及 MFT-like, 其中
MFT-like 被认为是进化中失去功能的一类蛋白 [14],
而 FT-like主要参与植物开花时间的决定, 尤其是光
周期途径中的开花时间决定[15-16], 拟南芥中的 FT及
其他物种中的同源蛋白被认为是植物开花素的重要
组成成分之一[17-20]。而 TFL1-like具有两个主要功能,
一是参与开花时间的调控, 二是参与植物形态建成,
尤其是花序的建成。
尽管 TFL1-like 基因在水稻和拟南芥中的功能
具有保守性, 但是 TFL1 主要在拟南芥花序原基中
表达, 而水稻的 4个 RCN基因中没有一个是专一在
小花或者花序原基中表达[6-7]。TFL1 主要通过下调
LFY 和 AP1 的表达抑制开花[21], 在 A989 植株叶片
中, AP1在水稻中的同源基因 RAP1B的表达被抑制,
而另一个同源基因 RAP1A没有检测到表达。这说明
RCN2 基因可能是通过调控 RAP1B 的表达来调节水
稻开花的。
3.3 超强表达 RCN2对顶端分生组织的影响
2×35S 启动子超表达 RCN2 使转基因植株出现
不抽穗的表型。但是转基因植株能够完成营养生长
向生殖生长的转变, 不抽穗的原因是穗颈节的伸长
受到抑制且幼穗中小花的发育不能完成, 最后幼穗
停止发育。结合 A989的表型说明超表达 RCN2下调
了 RAP1B等开花基因表达, 且在进入生殖生长后影
响了一些穗和小花发育的基因的表达从而导致小花
和幼穗发育的停止。我们推测 A989突变体中二级枝
梗增多的原因可能是 RCNs 的超强表达抑制了小花
特征基因的功能, 推迟了小花发育的起始, 而不抑
制二级枝梗起始, 水稻中 LAX 基因突变体表型为二
级枝梗和小花减少, 而超表达 LAX 则没有穗部的表
型出现, 另一个穗发育相关基因 FZP 突变后一级枝
梗增多而二级枝梗和小花很少[22], 但是这些基因突
变或是超表达都不能出现与超表达 RCNs 相类似的
表型。这类基因与 RCNs 的关系如何？由于这些基
因都是在穗的不同发育时期表达, 要了解这类穗发
育相关基因在 A989 等突变体中的表达可能需要进
一步的工作。
4 结论
从水稻 T-DNA 插入突变群体中分离得到一个
T-DNA单拷贝插入后引起 RCN2基因超表达的突变
体 A989, 其突变表型为晚开花及密穗。在水稻中花
11 中超强表达 RCN2 基因, 其穗部表型和开花时间
的表型是突变体表型的加强。RAP1B 基因的表达在
A989中被下调。
References
[1] Wang J(王江), Li L(李琳), Wan X-S(宛新杉), An L-S(安林升),
Zhang J-L(张景六), Hong M-M(洪孟民). Generation and mo-
894 作 物 学 报 第 36卷

lecular analysis of a population of transgenic rice plants carrying
Ds element. J Plant Physiol (植物生理学报), 2000, 26(6):
501–506 (in Chinese with English abstract)
[2] Lee S, Jung K H, An G, Chung Y Y. Isolation and characterization
of a rice cysteine protease gene, OsCP1, using T-DNA gene-trap
system. Plant Mol Biol, 2004, 54: 755–765
[3] Oikawa T, Koshioka M, Kojima K, Yoshida H, Kawata M. A role
of OsGA20ox1, encoding an isoform of gibberellin 20-oxidase,
for regulation of plant stature in rice. Plant Mol Biol, 2004, 55:
687–700
[4] Peng L T, Shi Z Y, Li L, Shen G Z, Zhang J L. Overexpression of
transcription factor OsLFL1 delays flowering time in Oryza sa-
tiva. J Plant Physiol, 2008, 165: 876–885
[5] Shannon S, Meeks-Wagner D R. A mutation in the Arabidopsis
TFL1 gene affects inflorescence meristem development. Plant
Cell, 1991, 3: 877–892
[6] Nakagawa M, Shimamoto K, Kyozuka J. Overexpression of
RCN1 and RCN2, rice TERMINAL FLOWER 1/CENTRORADIALIS
homologs, confers delay of phase transition and altered panicle
morphology in rice. Plant J, 2002, 29: 743–750
[7] Zhang S, Hu W, Wang L, Lin C, Cong B, Sun C, Luo D. TFL1/
CEN-like genes control intercalary meristem activity and phase
transition in rice. Plant Sci, 2005, 168: 1393–1408
[8] Wang J, Li L, Wan X, An L, Zhang J. Distribution of T-DNA
carrying a Ds element on rice chromosomes. Sci China (Ser C),
2004, 47: 322–331
[9] Kyozuka J, Kobayashi T, Morita M, Shimamoto K. Spatially and
temporally regulated expression of rice MADS box genes with
similarity to Arabidopsis class A, B and C genes. Plant Cell
Physiol, 2000, 41: 710–718
[10] Kyozuka J, Konishi S, Nemoto K, Izawa T, Shimamoto K.
Down-regulation of RFL, the FLO/LFY homolog of rice, accom-
panied with panicle branch initiation. Proc Natl Acad Sci USA,
1998, 95: 1979–1982
[11] Tadege M, Sheldon C C, Helliwell C A, Upadhyaya N M, Dennis
E S, Peacock W J. Reciprocal control of flowering time by Os-
SOC1 in transgenic Arabidopsis and by FLC in transgenic rice.
Plant Biotechnol J, 2003, 1: 361–369
[12] Aubert D, Chen L, Moon Y H, Martin D, Castle L A, Yang C H,
Sung Z R. EMF1, a novel protein involved in the control of shoot
architecture and flowering in Arabidopsis. Plant Cell, 2001, 13:
1865–1875
[13] Chardon F, Damerval C. Phylogenomic analysis of the PEBP
gene family in cereals. J Mol Evol, 2005, 61: 579–590
[14] Yoo S Y, Kardailsky I, Lee J S, Weigel D, Ahn J H. Acceleration
of flowering by overexpression of MFT (MOTHER OF FT AND
TFL1). Mol Cells, 2004, 17: 95–101
[15] Kardailsky I, Shukla V K, Ahn J H, Dagenais N, Christensen S K,
Nguyen J T, Chory J, Harrison M J, Weigel D. Activation tagging
of the floral inducer FT. Science, 1999, 286: 1962–1965
[16] Kobayashi Y, Kaya H, Goto K, Iwabuchi M, Araki T. A pair of
related genes with antagonistic roles in mediating flowering sig-
nals. Science, 1999, 286: 1960–1962
[17] An H, Roussot C, Suarez-Lopez P, Corbesier L, Vincent C,
Pineiro M, Hepworth S, Mouradov A, Justin S, Turnbull C,
Coupland G. CONSTANS acts in the phloem to regulate a sys-
temic signal that induces photoperiodic flowering of Arabidopsis.
Development, 2004, 131: 3615–3626
[18] Ayre B G, Turgeon R. Graft transmission of a floral stimulant de-
rived from CONSTANS. Plant Physiol, 2004, 135: 2271–2278
[19] Komiya R, Ikegami A, Tamaki S, Yokoi S, Shimamoto K. Hd3a
and RFT1 are essential for flowering in rice. Development, 2008,
135: 767–774
[20] Mathieu J, Warthmann N, Küttner F, Schmid M. Export of FT
protein from phloem companion cells is sufficient for floral in-
duction in Arabidopsis. Curr Biol, 2007, 17: 1055–1060
[21] Liljegren S J, Gustafson-Brown C, Pinyopich A, Ditta G S, Yan-
ofsky M F. Interactions among APETALA1, LEAFY, and
TERMINAL FLOWER1 specify Meristem Fate. Plant Cell, 1999,
11: 1007–1018
[22] Komatsu M, Maekawa M, Shimamoto K, Kyozuka J. The LAX1
and FRIZZY PANICLE 2 genes determine the inflorescence ar-
chitecture of rice by controlling rachis-branch and spikelet de-
velopment. Dev Biol, 2001, 231: 364–373