株高是由作物节间长度与茎节数共同决定,是影响株型的重要因子。作物株型是决定产量的重要农艺性状,株型的改良已在作物产量的突破中起到至关重要的作用。目前苦荞高产育种严重滞后于大宗粮食作物,产量亟待提高。因此,本文开展苦荞理想株型的生理与分子调控机制研究,旨在为解析苦荞生长发育规律同时指导高产理想株型育种。本试验以~(60)Co-γ辐射诱变获得的节间长突变体ein1为材料,野生型晋荞麦2号(WT)为对照,开展表型鉴定、细胞结构特征观察、农艺与产量性状调查、外源激素响应、内源激素检测、转录组分析等研究,主要结果如下:(1)表型观察发现,苗期苦荞ein1突变体生长迅速、节间伸长、株高显著增加,但成熟时茎秆节数减少,株高显著降低,该表型稳定遗传。此外,ein1突变体叶夹角较WT明显缩小,株型紧凑、冠层更为合理,具有耐密植潜力。(2)细胞结构观察发现,苦荞ein1突变体茎秆细胞较WT明显增大,其长度与宽度均明显增加,表明苦荞ein1突变体的节间伸长与细胞膨大密切相关。(3)田间试验证实ein1在生育期前期株高显著高于WT,但灌浆后节数增速缓慢,成熟期株高显著降低,分枝数显著减少。ein1的千粒重与产量显著高于WT,其中产量高达3.4 t/hm~2,较WT增产34.62%。表明苦荞ein1具有株高降低、籽粒充实度好、产量增加等优异性状。(4)外源激素处理发现,ein1节间长度受GA_3的诱导而伸长,受PP_(333)抑制而缩短,表明ein1是GA敏感型突变体。GA_3和PP_(333)处理下ein1株高均显著高于WT。PP_(333)处理下ein1株高与喷施H_2O的WT株高相当,喷施H_2O的ein1株高与喷施GA_3的WT株高相当,而喷施GA_3的WT叶夹角变小,推测ein1节间伸长和叶夹角可能受GA调控。(5)LC-MS/MS共鉴定到16种GA类物质,其中4种GA类激素在ein1和WT间差异显著。ein1中GA_(34)、GA_4和GA_3激素含量分别为WT的6.91、2.85和1.18倍,而GA_(20)含量为WT的0.33倍。其中GA_4和GA_3具有明显生物活性,因此认为它们是调控ein1节间伸长的主要GA类激素。(6)对ein1茎进行转录组分析,结果发现ein1与WT间存在560个DEGs,包括了41个转录因子、3个GA合成与分解代谢、15个GA信号传导和25个茎发育与生长直接相关的DEGs。其中,GA20ox1表达量仅为WT的0.05倍,GA2ox表达量为WT的7.58倍。q RT-PCR证实ein1中GA20ox1表达量极低,而GA2ox表达量极显著提高,表明开花期ein1茎中GA的合成受到抑制,而GA的分解增强。购买MC3另外,q RT-PCR分析发现供试的12个基因的表达模式与转录组测序结果相符,证实转录组数据可靠。ein1中MYB32转录因子表达量提高;GA信号转导ATL6、PUB23、UNKL(Ft Pin G0003310400.01)和TIR1表达增高,WD repeat-containing protein 44、Ankyrin-2、RHA1B、UNKL(Ft Pin G0004799800.01)、RING-type zinc-finger、F-box and WD-40 domain protein 1/11、SCF ubiquitin ligase complex、26S proteasome regulatory subunit N10、26S pAZD1152-HQPA分子式roteasome regulatory subunit6B和26S proteasome regulatory subunit T3基因的表达则降低;茎生长发育相关基因CCR、CAD、CESA以及细胞壁相关的受体激酶均为上调表达,XTH、PL、BGALs下调表达,4个PE基因中3个下调表达、1个上调表达,8个纤维素酶相关的基因中,4个下调表达、4个上调表达。初步推测认为ein1中活性GA的积累会反馈抑制GA20ox1表达,导致GA_(20)含量下降,增强GA2ox表达,促进GA_4分解为GA_(34),并调节GA信号转导中12个泛素化连接酶基因和3个26S蛋白酶基因的表达,进而调控25个茎生长发育相关的基因表达,共同控制细胞的膨大和茎的伸长。综上所述,本研究发现苦荞ein1为节间伸长、节数减少、株型紧凑、籽粒充实度好的优异半矮杆高产突变体株系,其节间伸长受GA类激素的过量积累调控。GA类激素可能通过控制信号转导和生长发育相关基因的表达,共同决定ein1的株型。但ein1中GA超量积累的原因尚不清楚,以及GA的超量积累是否影响信号转导、茎生Bedside teaching – medical education长相关基因的表达有待进一步探究。