前言：本研究对7份栽培和5份野生水稻材料进行了详细的叶片表型分析，选择四份材料叶片进行GA定量并展开详细的机制研究，并提出假说：与栽培品种相比，野生稻因其更高的细胞生产率和更长的细胞分裂带而表现出长叶片表型。

关键词

细胞分裂、栽培稻和野生稻、赤霉素 (GA)、生长调节因子 (GRF)、叶片生长区、叶片运动学、叶片长度

01

试验材料

五个野生型水稻品种

Oryza australiensis（IRGC 105272）Oryza glumaepatula（IRGC 104151）Oryza punctata（IRGC 105137）Oryza latifolia（IRGC 99596）Oryza rufipogon（IRGC99562）ssp

七个栽培型水稻品种

Oryza sativa ssp. japonica（Nipponbare）Oryza sativa ssp. indica（IR 64）Oryza sativa ssp. indica（Vandana）Oryza sativa ssp. indica（Swarna）Oryza sativa ssp. indica（Pusa Basmati1）Oryza sativa ssp. indica（Nagina 22）Oryza glaberrima（IR 102925）

试验方法

第二至第八片叶片形态性状表型分析及叶片生长分析叶片出苗后第二天收集所选种质的第四叶进行RNA-seq文库制备和测序质量过滤、读取图谱和差异基因表达分析使用自组织映射聚类法对叶片进行主成分分析 (PCA-SOM)使用植物转录因子数据库进行GO富集分析优化算法在集成网络中定义模块进行基因调控的网络分析荧光显微镜测定叶片内细胞的运动，采用公式量化各种生长参数进行综合分析稳态生长第2天的叶片进行全叶赤霉素定量分析对特异性区域进行RNA分离、cDNA合成和qRT-PCR分析建立叶绿素合成基因（ChlH）瞬时基因沉默系

02

利用12个水稻种质各植株的第二至第八片叶的叶长和最大叶宽的测定结果，选定的四种种质如下：叶长小的IR1（日本栽培籼稻品种）和Nipponbare（日本栽培粳稻品种），叶长最长的野生稻O. australiensis和叶长中等的O. glaberrima（非洲栽培水稻）。

综合分析，在不同出苗期，野生稻的叶片普遍比栽培稻长。

Fig.1 Wild rice Oryza australiensis grows longer leaf.

03

在Nipponbare和野生型O. australiensis之间发现的差异表达基因 (DEG) 数量最多，而在栽培种之间发现的差异表达基因 (DEG) 数量较少。综合转录组数据分析，转录本谱和基因共表达网络突出了细胞周期、GA 和转录因子（如 OsGRF7 和 OsGRF8）是水稻叶长调控的关键因素。

Fig.2 Transcriptome analysis of cell cycle and gibberellin.

04

作为所有调查种质中叶子最长的野生型水稻O.australiensis叶子中 GA7 和 GA4 的含量均高于Nipponbare。

对照不同材料生长中的第四片叶的叶片运动学特征以及外源GA和PAC（GA生物合成抑制剂多效唑）处理对分裂带的影响证实，较高的GA水平通过增加分裂带的大小来促进水稻的叶片伸长。

Fig.3 GA levels affect rice accessions leaf length.

Fig.4 Leaf kinematics analyses confirm the GA-mediated control of cell division for the rice leaf length regulation.

05

PAC处理可显著抑制GRFs和Cyclins在Nipponbare分裂带中的表达。在选定的栽培和野生水稻材料的不同叶区以及对外源GA处理的反应中的基因表达分析表明，GA通过OsGRF7和OsGRF8介导的细胞周期来控制水稻的叶片长度。

Fig.5 Zone-specific expression analysis of GA-related genes.

Fig.6 GA treatment affects GRFs and cell cycle genes.

沉默O. australiensis 和 Nipponbare的叶片表型也共同证实综上观点。

Fig.7 Silence of leaf phenotypes of GA-related genes.

GA-OsGRF7/8模型假说

Fig.8 GA-OsGRF7/8 module is a key regulator of the rice leaf length via controlling the size of the division zone. GA-mediated induction in the expression domain of OsGRF7 and OsGRF8 transcription factors expands the region with cell division activity at the leaf base, thus promoting the longer division zone with a higher cell production rate leading to longer leaves in rice. Higher GA levels and downstream signalling resulting in increased cell division activity explained the longer leaves of the wild rice O. australiensis compared with the cultivated varieties. Arrows (↓) indicate promoting effects, whereas bluntended arrows indicate (⊥) inhibiting effects.

总结：

本研究提出了水稻叶长调节的细胞基础和潜在遗传机制，所建立的GA-OsGRF7/OsGRF8模块用于控制分裂带大小，不仅可以作为水稻叶长的一般调节器，还能有助于在驯化过程中优化叶片大小。此外，该模块还可以成为植物响应其生长环境而实现细胞可塑性的一种方式。

doi:10.1111/nph.18029

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