蘭彩耘， 宋洪元

1. 重慶市江津區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)發(fā)展中心，重慶 江津 402260；2. 西南大學(xué) 園藝園林學(xué)院，重慶 400715

BR缺陷突變體如擬南芥中的DET2，DWARF4(DWF4)和CPD，番茄中的DWARF，豆科植物中的LKB；BR不敏感突變體如擬南芥中的DWF12，BRI1，BIN2，BAK1，豆科植物中的LKA，番茄中的CURL-3等都不同程度表現(xiàn)為根長(zhǎng)、株高、花序、角果、葉柄、胚軸的減短、頂端優(yōu)勢(shì)的減弱、育性衰減、開(kāi)花和葉片卷曲、維管束和光形態(tài)建成上的變化，顯示BR在植株生長(zhǎng)和發(fā)育中的重要作用[1]．通過(guò)在植株中超表達(dá)DWF4基因，可以使植株更高，葉片更多[2]．目前還發(fā)現(xiàn)BR和其他激素在側(cè)根發(fā)生方面起到的協(xié)同作用[3]，然而對(duì)于下胚軸和根的向地性方面起到的卻是反作用．低濃度水平下的BR促進(jìn)根的伸長(zhǎng)，高濃度則抑制根的伸長(zhǎng)[3]．多種實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明BR能促進(jìn)產(chǎn)量提高．水稻BR缺陷突變體BRD2致使谷物顆粒變短而且縮小，而DWF11突變體也呈現(xiàn)出種子減少現(xiàn)象[4]．相反，超表達(dá)BR生物合成基因?qū)⒃龃笏绢w粒，增加水稻產(chǎn)量，轉(zhuǎn)基因水稻與野生型相比，分蘗數(shù)更多[5]．在擬南芥中，BR對(duì)種子發(fā)育有決定性作用，包括種子大小、種子形狀和種子數(shù)量等[6]．?dāng)M南芥BR缺陷突變體DWF5結(jié)出的種子變小[7]，BR缺陷突變體DET2和BRI1-5的種子也都比野生型小，而且DET2 和BRI1-5的種子質(zhì)量比野生型分別輕17%和10%，BZR1功能獲得型突變體BZR1-1D的種子與野生型相比，不僅更小而且變得更輕[6]．在擬南芥中，超表達(dá)DWF4可以提高種子數(shù)量．就如Choe等[2]研究過(guò)表達(dá)BR合成關(guān)鍵基因，獲得了轉(zhuǎn)基因擬南芥植株，對(duì)該轉(zhuǎn)基因植株的果莢和分枝數(shù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查顯示其數(shù)量均增加2倍，種子產(chǎn)量增加了59%，GC-MS分析表明該轉(zhuǎn)基因植株內(nèi)源BR水平確實(shí)有所升高．另外，BR還調(diào)節(jié)植物花期和衰老．BR相關(guān)基因CPD，可以通過(guò)光周期途徑調(diào)節(jié)開(kāi)花，而CPD同系物GmCPDs促成開(kāi)花發(fā)育，調(diào)控花期[8]．水稻BR信號(hào)途徑相關(guān)基因SDG725，也和花期調(diào)控相關(guān)[9]．

目前，在BR的生物合成、代謝作用、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中都有很多報(bào)道，其中DWF4編碼細(xì)胞色素P450酶，與CPD基因處于同一家族不同亞族[10]．DWF4的mRNA水平因外源施加油菜素內(nèi)酯(brassinolide，BL)而大幅下降，因施加BRZ(油菜素內(nèi)酯抑制劑)而大幅提高，證實(shí)DWF4在BR平衡調(diào)節(jié)上起到了重要的作用[11]．DWF4敲除突變體的內(nèi)源BRs缺失將致使植株矮小，突變體植株細(xì)胞伸長(zhǎng)受到限制[12]．對(duì)野生型植株施加BRZ，將抑制或結(jié)合DWF4酶[13]，也會(huì)造成內(nèi)源BRs缺失致使植株矮?。瓺WF4是維持BR平衡的關(guān)鍵基因，因其可以迅速而準(zhǔn)確地對(duì)內(nèi)源BR水平響應(yīng)表達(dá)變化[14]．本實(shí)驗(yàn)中通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法將DWF4基因?qū)虢娌酥?，研究DWF4基因在芥菜生長(zhǎng)過(guò)程中的作用與功能，為解析DWF4基因參與BR信號(hào)傳導(dǎo)的機(jī)制提供直接或者間接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，也為今后開(kāi)發(fā)生物技術(shù)手段調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育奠定理論基礎(chǔ)．

1 材料與方法

1.1 材 料

含pCABarDWF4植物表達(dá)載體質(zhì)粒的農(nóng)桿菌由西南大學(xué)蔬菜學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供，表達(dá)載體結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1．

圖1 pCABarDWF4植物表達(dá)載體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

1.2 芥菜遺傳轉(zhuǎn)化

利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化芥菜，芥菜種子所需消毒時(shí)間為75%的乙醇消毒1 min，0.1%的升汞處理8 min，所需農(nóng)桿菌侵染時(shí)間為8 min，使用的預(yù)培養(yǎng)基成分為MS+2 mg/L 6-BA(6-芐基腺嘌呤)+0.2 mg/L NAA(萘乙酸)；篩選培養(yǎng)基成分為MS+2 mg/L 6-BA+0.2 mg/L NAA+8 mg/L PPT(膦絲菌素)+400 mg/L Carb(羧芐青霉素)；生根培養(yǎng)基成分為MS+0.2 mg/L NAA+8 mg/L PPT+400 mg/L Carb．

1.3 轉(zhuǎn)基因芥菜植株的PCR鑒定

采用CTAB法提取獲得的轉(zhuǎn)基因芥菜植株基因組DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增．引物DWF4-1和DWF4-2用于pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株DWF4基因片段的檢測(cè)．PCR擴(kuò)增參數(shù)：95 ℃預(yù)變性5 min；95 ℃ 40 s；56 ℃ 40 s；72 ℃延伸2 min；30個(gè)循環(huán)；72 ℃延伸10 min．獲得的擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)．

1.4 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株DWF4基因、BR生物合成結(jié)構(gòu)基因、轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因的表達(dá)分析

用TIANGEN RNA prep pure Plant Kit提取試劑盒提取pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株總RNA，根據(jù)TransScript First-Strand cDNA Synthesis SuperMix(TaKaRa)試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行cDNA合成，獲得的第一鏈cDNA稀釋5倍后作為RT-PCR模板．以芥菜BjActin為內(nèi)參，對(duì)轉(zhuǎn)基因植株和非轉(zhuǎn)基因植株中的DWF4基因BR生物合成結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)情況進(jìn)行Real Time RT-PCR分析，反應(yīng)在C1000/CFX96 儀器(Bio-Rad，美國(guó))上完成，具體操作按照SYBR?Premix Ex TaqTMII說(shuō)明書(shū)進(jìn)行．利用Bio-Rad CFX96熒光定量PCR儀CFX Manager Software 軟件(2-ΔΔCT法)和Microsoft Excel軟件分析數(shù)據(jù)．

1.5 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株形態(tài)分析

pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株及非轉(zhuǎn)基因植株種子播種于培養(yǎng)皿中，鋪上濾紙，只施加蒸餾水，置于25 ℃培養(yǎng)室中，光照條件和黑暗條件下培養(yǎng)4 d，每個(gè)基因型進(jìn)行3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)20粒種子，最后調(diào)查其根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)、總長(zhǎng)，在濾紙上吸干水后測(cè)其鮮質(zhì)量，最后置于60 ℃烘箱中烘干測(cè)其干質(zhì)量．pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株及非轉(zhuǎn)基因植株播種于培養(yǎng)盆中，播種后每隔15 d測(cè)量其株高、開(kāi)展度、單株最大葉長(zhǎng)和最大葉寬，自花授粉結(jié)束后測(cè)量主枝長(zhǎng)度、主枝果莢數(shù)、主枝種子數(shù)、一次分枝數(shù)、一次分枝果莢數(shù)、一次分枝種子數(shù)、二次分枝數(shù)、二次分枝果莢數(shù)、二次分枝種子數(shù)并測(cè)量千粒質(zhì)量和籽粒密度．千粒質(zhì)量的測(cè)定：轉(zhuǎn)基因植株和野生型植株種子分別取100粒稱(chēng)質(zhì)量，3次重復(fù)，取其平均值．籽粒密度(D)的測(cè)定：取200粒稱(chēng)質(zhì)量記為M，然后將籽粒放入事先盛有定量體積V1酒精的量筒中，然后讀取體積V2，則籽粒體積V=V2-V1．籽粒密度D=M/V，單位g/mL，3次重復(fù)．

2 結(jié)果與分析

2.1 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株的獲得及鑒定

PCABarDWF4表達(dá)載體通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的下胚軸轉(zhuǎn)化，侵染后的下胚軸轉(zhuǎn)接至含8 mg/L PPT和400 mg/L Carb的抑菌篩選培養(yǎng)基上，對(duì)獲得的不定芽進(jìn)行多代篩選，淘汰未轉(zhuǎn)化的白化芽和嵌合體，獲得多個(gè)具PPT抗性的綠色愈傷組織和芽(圖2a和圖2b)，抗性芽接種至生根培養(yǎng)基上進(jìn)行生根培養(yǎng)(圖2c)．抗性植株煉苗后，移栽至泥炭土營(yíng)養(yǎng)缽中(圖2d)，最后定植于大田中，正常管理至植株開(kāi)花．提取pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株T0代基因組DNA從3株轉(zhuǎn)基因植株中擴(kuò)增到預(yù)期大小300 bp左右的目的片段(圖2e)．

M為DNA相對(duì)分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；D1，D2和D3為野生型植株；WT為野生型植株；CK+為陽(yáng)性對(duì)照(質(zhì)粒)；CK-為陰性對(duì)照(未加入DNA)．

2.2 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株DWF4基因的表達(dá)分析

提取pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株的RNA，以芥菜BjActin為內(nèi)參進(jìn)行DWF4基因的定量表達(dá)分析．從結(jié)果(圖3)可以看出，pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜D1，D2和D3植株中，DWF4基因均有不同程度的表達(dá)，但表達(dá)量在植株之間有差異，D2和D3植株中目的基因表達(dá)量較高，對(duì)照野生型植株(WT)未檢測(cè)到明顯的DWF4表達(dá)．

D1，D2和D3為轉(zhuǎn)基因植株，WT為野生型植株；小寫(xiě)字母不同表示p<0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．

2.3 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株苗期光暗處理表現(xiàn)分析

將pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜種子進(jìn)行光照處理后調(diào)查其生長(zhǎng)狀況．從表1可以看出，D2和D3的根長(zhǎng)顯著高于野生型，D1的根長(zhǎng)雖然高于野生型但未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．D1和D3的下胚軸長(zhǎng)顯著高于野生型．D1，D2和D3苗期總長(zhǎng)均顯著高于野生型．在鮮質(zhì)量方面，轉(zhuǎn)基因植株以及野生型植株之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．在干質(zhì)量方面，D1和D3顯著高于野生型，D2的干質(zhì)量雖然高于野生型但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．相比之下，苗期生長(zhǎng)最為旺盛的是D3．綜上所述，在光照條件下，在芥菜中超表達(dá)DWF4基因能一定程度上促進(jìn)苗期生長(zhǎng)．

表1 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株T2代光照下苗期調(diào)查

與光照條件下相比，在黑暗中，不管是轉(zhuǎn)基因植株還是野生型植株，苗期下胚軸都大幅度伸長(zhǎng)，但植株纖弱，子葉黃化．從表2中可以看出，D2和D3的根長(zhǎng)顯著高于野生型，D1的根長(zhǎng)雖然高于野生型但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．D1和D3苗期下胚軸長(zhǎng)均顯著高于野生型，D2下胚軸長(zhǎng)低于野生型．在苗期總長(zhǎng)上，D1和D3顯著高于野生型，由于D2下胚長(zhǎng)較短的原因，所以其總長(zhǎng)與野生型差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．在鮮質(zhì)量和干質(zhì)量上，轉(zhuǎn)基因植株與野生型植株之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在黑暗條件下，DWF4基因能在一定程度上促進(jìn)苗期根和下胚軸伸長(zhǎng)．

表2 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株T2代黑暗處理下苗期調(diào)查

光照條件與黑暗條件下不同的是，光照條件下苗期干質(zhì)量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．不論是置于光照還是黑暗條件下，D3生長(zhǎng)都是最為旺盛的，苗期總長(zhǎng)和下胚軸長(zhǎng)都顯著高于野生型．通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因植株苗期光照和黑暗條件下生長(zhǎng)情況的統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株根和下胚軸長(zhǎng)一定程度上都高于野生型植株，而且D3表現(xiàn)最好．結(jié)合D3轉(zhuǎn)基因株系DWF4基因較高的表達(dá)水平，顯示DWF4基因表達(dá)較高者，其苗期根以及下胚軸生長(zhǎng)速度會(huì)更快．

2.4 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株生長(zhǎng)情況分析

將pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株置于人工氣候室內(nèi)培養(yǎng)觀察，從其整個(gè)生命周期中，轉(zhuǎn)基因植株比野生型植株生長(zhǎng)更加旺盛．在60 d時(shí)，轉(zhuǎn)基因植株就已經(jīng)比野生型植株長(zhǎng)得更壯，其葉片伸展更開(kāi)(圖4a)．

到180 d時(shí)，轉(zhuǎn)基因植株開(kāi)始逐漸抽薹，而野生型植株還沒(méi)有抽薹(圖4c)．轉(zhuǎn)基因植株最早開(kāi)花時(shí)間比野生型植株提前一個(gè)多月．轉(zhuǎn)基因植株和野生型植株花器官相比，轉(zhuǎn)基因植株的花瓣較大(圖4d)．對(duì)比轉(zhuǎn)基因植株和野生型植株同時(shí)期的葉片，可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株葉片伸展更長(zhǎng)、更寬，而且葉片顏色更加濃綠(圖4b)．從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，轉(zhuǎn)基因植株和野生型植株的株高、開(kāi)展度、最大葉長(zhǎng)和最大葉寬也隨著增長(zhǎng)，但是轉(zhuǎn)基因植株生長(zhǎng)明顯快于野生型植株．轉(zhuǎn)基因植株之間相比，D2和D3生長(zhǎng)勢(shì)明顯好于D1．

圖4 T2代pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株的形態(tài)學(xué)比較

D1，D2和D3為轉(zhuǎn)基因植株，WT為野生型植株．

2.5 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株結(jié)籽情況分析

進(jìn)一步對(duì)轉(zhuǎn)基因植株結(jié)莢結(jié)籽情況進(jìn)行了調(diào)查．轉(zhuǎn)基因植株枝條上比野生型植株結(jié)有更多的種子(圖6a)，轉(zhuǎn)基因植株果莢長(zhǎng)度高于野生型植株果莢長(zhǎng)度(圖6b)，且轉(zhuǎn)基因植株果莢結(jié)籽數(shù)更多(圖6c和圖6d)．

圖6 T2代pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株結(jié)籽情況

從表3中可以看出，轉(zhuǎn)基因植株主枝長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)野生型植株．除D3外，主枝平均果莢數(shù)也超過(guò)了野生型，轉(zhuǎn)基因植株主枝果莢長(zhǎng)度和所結(jié)種子數(shù)均高于野生型．轉(zhuǎn)基因植株一次分枝數(shù)和二次分枝數(shù)高于野生型，且一次分枝果莢數(shù)、一次分枝所結(jié)種子數(shù)和二次分枝果莢數(shù)、二次分枝所結(jié)種子數(shù)也都高于野生型．綜合來(lái)看，轉(zhuǎn)基因植株種莢率、全株總種莢數(shù)和所結(jié)總種子數(shù)均高于野生型植株．對(duì)千粒質(zhì)量和籽粒密度測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，D1和D2超過(guò)野生型而D3與野生型基本一致．結(jié)果顯示，在芥菜中超表達(dá)DWF4基因具有明顯增加種子產(chǎn)量的作用．

表3 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜T2代結(jié)種數(shù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)

續(xù)表3

2.6 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株BR生物合成結(jié)構(gòu)基因

DET2，ROT3，CPD，CYP85A2等基因被認(rèn)為參與了BR的生物合成．在pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因植株中，DWF4下游基因DET2在D2和D3株系中平均表達(dá)量是野生型的2倍，說(shuō)明超表達(dá)DWF4基因促進(jìn)了下游DET2基因的表達(dá)(圖7a)．

DET2基因下游的ROT3基因在轉(zhuǎn)基因植株中的平均表達(dá)量高出野生型植株的40%(圖7b)．

CPD基因代謝油菜甾醇(campesterol)和其他中間產(chǎn)物，而DWF4基因也參與代謝油菜甾醇，DWF4基因與CPD基因可能存在競(jìng)爭(zhēng)作用．在本實(shí)驗(yàn)中，pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株的CPD基因表達(dá)量都低于野生型，其平均表達(dá)量只達(dá)到野生型植株表達(dá)量的一半，說(shuō)明DWF4基因與CPD基因表達(dá)呈負(fù)相關(guān)(圖7c)．

D1，D2和D3為轉(zhuǎn)基因植株，WT為野生型植株；小寫(xiě)字母不同表示p<0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．

CYP85A2是BR生物合成途徑中的重要因子，在pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株中，他們的相對(duì)表達(dá)量都不同程度高于野生型，CYP85A2是在BR合成途徑中最后一步反應(yīng)的基因，說(shuō)明轉(zhuǎn)基因pCABarDWF4芥菜中，超表達(dá)DWF4基因促進(jìn)了下游相關(guān)BR合成基因的表達(dá)，促進(jìn)了BR的生物合成．

2.7 pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株BR轉(zhuǎn)錄調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)分析

BR生物合成除了結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)外，還受到細(xì)胞內(nèi)其他轉(zhuǎn)錄激活或者轉(zhuǎn)錄抑制基因的調(diào)控．

BAK1是一類(lèi)重要的類(lèi)受體蛋白，參與調(diào)控BR的合成，調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育．在pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因植株中，BAK1基因表達(dá)量均比野生型植株表達(dá)量升高，且平均值高出近40%(圖8a)．

BAS1基因表達(dá)被外源BR誘導(dǎo)，功能應(yīng)該是維系內(nèi)源BR的恒定水平，其羥化C26，影響植株體內(nèi)BR量，是一個(gè)油菜素內(nèi)酯失活基因．在本研究中，雖然轉(zhuǎn)基因植株中BAS1的平均表達(dá)量0.95高于野生型植株表達(dá)量0.83，但隨著DWF4基因表達(dá)水平上升，BAS1基因表達(dá)水平降低(圖8b)．

D1，D2，D3為轉(zhuǎn)基因植株，WT為野生型植株；小寫(xiě)字母不同表示p<0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．

BES1和BZR1是油菜素甾醇信號(hào)途徑下游最重要的一類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子，參與油菜素甾醇合成轉(zhuǎn)錄的誘導(dǎo)和抑制調(diào)控．在本研究中，轉(zhuǎn)基因株系中BES1和BZR1的平均表達(dá)量分別是野生型植株的2～3倍(圖8c和圖8d)，說(shuō)明超表達(dá)DWF4基因?qū)е录?xì)胞內(nèi)BR積累水平上升后，引起B(yǎng)ES1和BZR1基因表達(dá)水平上升，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)積累更多的BR．

BIN2在BR途徑中起到調(diào)控BES1和BZR1的作用，在轉(zhuǎn)基因植株中BIN2基因的平均表達(dá)量是野生型植株的2倍(圖8e)，BES1和BZR1表達(dá)量較高，那么BIN2表達(dá)量應(yīng)和這兩個(gè)基因表達(dá)量相一致．

BSKs是一類(lèi)參與油菜素內(nèi)酯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的植物特異受體類(lèi)胞質(zhì)激酶，參與BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，在轉(zhuǎn)基因植株中其平均表達(dá)量高于野生型植株近50%(圖8f)．

BAK1，BAS1，BES1，BZR1，BIN2，BSKs都參與了BR合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，調(diào)節(jié)內(nèi)源BR水平，在pCABarDWF4轉(zhuǎn)基因芥菜植株中，隨著DWF4基因表達(dá)水平的提高，大多數(shù)調(diào)控基因BAK1，BZR1，BIN2和BSKs的表達(dá)量與DWF4表達(dá)量呈正相關(guān)，出現(xiàn)明顯上調(diào)．而維系細(xì)胞內(nèi)內(nèi)源BR穩(wěn)定水平的BAS1基因，則在不同植株之間的表達(dá)水平變化?。?/p>

3 討 論

3.1 DWF4基因超表達(dá)對(duì)芥菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響

DWF4編碼C22羥基化酶，其轉(zhuǎn)錄水平受BR反饋抑制，其可以迅速而準(zhǔn)確地對(duì)內(nèi)源BR水平響應(yīng)表達(dá)變化[11，14]，是BR合成關(guān)鍵基因之一．在擬南芥中，不論是光照還是黑暗條件下，通過(guò)超表達(dá)DWF4基因，擬南芥幼苗下胚軸長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照野生型[2]，本實(shí)驗(yàn)中，在芥菜中超量表達(dá)DWF4基因后，與野生型相比，轉(zhuǎn)基因苗期根莖伸長(zhǎng)變快，與在擬南芥中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致．在擬南芥和煙草中超表達(dá)DWF4基因，其成熟植株花序高度分別增加了35%和14%，與野生型相比，在擬南芥中超表達(dá)DWF4基因?qū)⒃黾咏鼉杀兜姆种?shù)和結(jié)莢數(shù)，結(jié)子量升高[2]．而在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)在芥菜中超表達(dá)DWF4基因，轉(zhuǎn)基因芥菜所結(jié)種子數(shù)是野生型的近2.5倍，說(shuō)明超表達(dá)DWF4基因可以大幅度促進(jìn)植株產(chǎn)量提高．在擬南芥中超表達(dá)DWF4基因?qū)⑹怪仓耆~片葉柄伸長(zhǎng)，開(kāi)花時(shí)間提前，轉(zhuǎn)基因植株生長(zhǎng)更加旺盛[15]．在本文圖4和圖5中可以看出，芥菜超表達(dá)DWF4基因使植株株高、開(kāi)展度、最大葉長(zhǎng)和最大葉寬皆比同時(shí)期野生型增高，轉(zhuǎn)基因植株抽薹開(kāi)花時(shí)間提前．說(shuō)明DWF4基因?qū)χ仓晟L(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用，因此增強(qiáng)了植株生長(zhǎng)勢(shì)，植株生長(zhǎng)更加旺盛可能也與轉(zhuǎn)基因植株產(chǎn)量提高息息相關(guān)．

3.2 DWF4基因超表達(dá)對(duì)BR合成調(diào)控途徑相關(guān)基因表達(dá)的影響

DWF1誘導(dǎo)24-亞甲基膽甾醇(24-methylenecholesterol)轉(zhuǎn)變?yōu)槭|薹甾醇(Campesterol)[16]，是BR前期合成的重要基因．在本文中，超表達(dá)DWF4基因并沒(méi)有太多影響DWF1基因的表達(dá)，可能是DWF1作用與DWF4基因上游有關(guān)．DET2，5-α還原酶被認(rèn)為是油菜素內(nèi)酯生物合成酶關(guān)鍵元件，其催化菜油甾醇轉(zhuǎn)化為菜油甾烷醇，是油菜素內(nèi)酯合成過(guò)程中催化較早反應(yīng)的酶[17]．在本實(shí)驗(yàn)中，超表達(dá)DWF4基因促進(jìn)了DET2的表達(dá)，特別是D2和D3植株，表達(dá)量超出了野生型植株約2倍，說(shuō)明DWF4基因正調(diào)控DET2的表達(dá)．ROT3編碼細(xì)胞色素P450(CYP90C1)，在葉和花的形成發(fā)展期間，與細(xì)胞極性伸長(zhǎng)相關(guān)[18]，在BR生物合成途徑中，ROT3與CYP90D1起著共同催化C23羥基化的作用[19]．在本實(shí)驗(yàn)中，ROT3表達(dá)量在轉(zhuǎn)基因植株中表達(dá)較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)野生型植株，說(shuō)明超量表達(dá)DWF4基因促進(jìn)了ROT3基因的表達(dá)．有報(bào)道稱(chēng)CPD基因編碼一種重要的BR合成酶(CYP90A1)，催化C23羥化反應(yīng)，代謝油菜甾醇(campesterol)和其他中間產(chǎn)物，Ohnishi等[20]則發(fā)現(xiàn)CPD基因參與C3氧化反應(yīng)．在本實(shí)驗(yàn)中，超表達(dá)DWF4基因使得CPD表達(dá)量降低，說(shuō)明DWF4負(fù)調(diào)節(jié)CPD基因，這可能是DWF4基因和CPD基因具有相似性，在BR合成途徑中作用位點(diǎn)有相同之處，因此兩者產(chǎn)生了抑制作用．CYP85A2調(diào)節(jié)內(nèi)源CS水平從而控制BR中C28和C27生物合成途徑，在C6氧化途徑中，CYP85A2比CYP85A1更加有活性，通過(guò)超表達(dá)和對(duì)兩個(gè)基因突變體的觀察研究也證實(shí)了此結(jié)論．在擬南芥中，CYP85A1對(duì)CYP85A2起到輔助作用促進(jìn)BR合成[21]，在本實(shí)驗(yàn)中，超表達(dá)DWF4基因促進(jìn)了CYP85A1和CYP85A2的表達(dá)，而且CYP85A2基因表達(dá)量升高更多，佐證了CYP85A2基因比CYP85A1基因活性更強(qiáng)、作用更強(qiáng)的結(jié)論，而CYP85A2基因是BR生物合成途徑中最后一步反應(yīng)的重要因子，因此CYP85A2基因表達(dá)量的升高證實(shí)轉(zhuǎn)基因植株體內(nèi)BR濃度水平的升高．所以，超表達(dá)DWF4基因促進(jìn)了植株體內(nèi)BR合成途徑中的相關(guān)基因，促進(jìn)了內(nèi)源BR的生成．

BAK1編碼一個(gè)由615個(gè)氨基酸組成的蛋白，是一個(gè)典型的受體激酶，其在植物體內(nèi)廣泛表達(dá)，參與調(diào)控BR信號(hào)[22]，在芥菜中超表達(dá)DWF4基因促進(jìn)了BAK1的表達(dá)．BAS1編碼一種C26羥化酶，催化CS和BL分別生成26-OH-CS和26-OH-BL，從而使BL功能失活，以維持體內(nèi)活性BL的靜態(tài)平衡，在內(nèi)源BL含量高的組織器官中活躍表達(dá)[23]．但是在本實(shí)驗(yàn)中，超表達(dá)DWF4基因并沒(méi)有顯著提高BAS1的表達(dá)量，其中的內(nèi)在機(jī)理還需進(jìn)一步研究．核內(nèi)蛋白BZR1和其同系物BES1是BR信號(hào)途徑中的兩個(gè)重要轉(zhuǎn)錄因子，被PP2A蛋白介導(dǎo)脫去磷酸化，去磷酸化后的BZR1和BES1在細(xì)胞核中調(diào)節(jié)將近1 000個(gè)靶基因，從而調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)．ChIP-qPCR實(shí)驗(yàn)顯示BZR1和BES1可以結(jié)合DWF4基因和BR誘導(dǎo)基因SAUR-AC1[24]．在本文中，BES1和BZR1兩個(gè)基因在轉(zhuǎn)基因植株中表達(dá)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于野生型植株，說(shuō)明超表達(dá)DWF4基因促進(jìn)了轉(zhuǎn)基因植株內(nèi)源BR提高，因此BES1和BZR1基因轉(zhuǎn)錄水平升高從而維持植株體內(nèi)BR平衡．BR結(jié)合BRI1感受器激活BIN2，調(diào)節(jié)植株生長(zhǎng)，BIN2對(duì)BES1和BZR1這兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化起著重要作用，是BR信號(hào)途徑中重要的調(diào)控因子[25]．BIN2基因的表達(dá)應(yīng)與BES1和BZR1基因表達(dá)相一致．在本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，BIN2基因的表達(dá)與BZR1基因表達(dá)趨勢(shì)基本一致，在轉(zhuǎn)基因植株中表達(dá)量升高，這與理論結(jié)果相同．?dāng)M南芥質(zhì)膜蛋白組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)BR信號(hào)激酶BSKs，磷酸化的BSKs可以和BR受體激酶BRI1相互作用[26]．在圖8中可以得知，超表達(dá)DWF4基因促進(jìn)了BSKs的表達(dá)．綜上所述，通過(guò)定量PCR[27]實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，超表達(dá)DWF4基因促進(jìn)了植株內(nèi)源BR水平的提高，因此維持體內(nèi)BR平衡的BAK1，BAS1，BES1，BZR1，BIN2，BSKs基因都各有升高．