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象草(Cenchrus purpureus(Schumach.)Morrone)是一种优质的牧草,具有质地柔嫩、叶量大、营养价值高、适应能力强、再生性好等特点。提高草产量是目前牧草改良的重要目标性状之一,象草的草产量与节间伸长有关。赤霉素(GA3)是调控植物生长的重要激素,在水稻(Oryza sativa)、油菜(Brassica campestris)、甘蔗(Saccharum officinarum)等植物中均发现赤霉素对节间伸长具有一定的促进作用。本研究对六个象草品种进行了农艺性状的观测,筛选出节间长度及生物量差异最大的桂闽引象草(C.purpureus cv.Gui Min Yin)和矮象草(C.purpureus cv.Mott);分析了外源GA3处理对桂闽引象草和矮象草农艺性状和内源激素含量的影响;进一步通过比较转录组分析了象草节间伸长的分子机理。本研究为揭示象草节间伸长机理及草产量分子改良奠定了一定的基础。主要研究结果如下:1.对桂牧一号象草[(C.purpureus cv.Mott)×(C.americanus×C.purpureus)]cv.Guimu No.1、桂闽引象草、紫象草(C.purpureus cv.Red)、矮象草、巨菌草(Pennisetum giganteum z.x.lin暂定名)和王草(C.purpureus×C.americanus cv.Reyan No.4)进行农艺性状(株高、茎粗、节间长度、节间数目、鲜重、干重和茎叶比)的测定和分析,结果表明在六个品种中桂闽引象草的株高、节间长度、鲜重、干重和茎叶比最大,矮象草最小;矮象草的节间数目仅次于桂闽引象草而多于另外四个品种。因此选择节间长度最大、生物量最高的桂闽引象草和节间长度最小、生物量最低的矮象草作为外源GA3处理的品种。2.分析了外源GA3处理后桂闽引象草和矮象草农艺性状和内源激素的响应。结果表明外源GA3处理均显著增加了两者的株高与茎粗(p<0.05),提前了桂闽引象草首个节间形成的时间;显著增加了桂闽引象草和矮象草内源赤霉素(GA3)、生长素(IAA)和玉米素核苷(ZR)的含量(p<0.05),降低了内源脱落酸(ABA)的含量(p<0.05)。总体上,外源GA3对桂闽引象草各目标性状的促进或抑制作用强于矮象草。3.选取桂闽引象草和矮象草经GA3处理后0 h、1 h和48 h的茎尖分生组织进行转录组测序分析,筛选得到8859个差异表达基因(DEGs)。GO(Gene Ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)富集分析及转录因子预测表明,DEGs主要富集到翻译、氨基酸代谢和碳代谢三个代谢通路;部分DEGs富集到植物对激素的响应和激素信号转导通路,且桂闽引象草包含的基因多于矮象草;同时发现与植物响应赤霉素信号相关的bHLH、MYB、ERF和NAC转录因子家族包含的DEGs较多。加权基因共表达分析(WGCNA)表明,IAA、细胞分裂素(CTK)和油菜素内酯(BR)生物合成及信号转导途径中的一些关键基因(如,AUX/IAA、SAUR、B-ARR、CYP90D2),可能参与调控桂闽引象草和矮象草的株高与节间伸长过程。实时荧光定量PCR进一步验证了这些基因的表达模式与转录组测序的表达趋势基本一致。