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草地早熟禾（Poa pratensis L.）是一种重要的冷季型草坪草,因其具有良好的坪观质量而被广泛应用于温带地区。但其生长速度快,需要频繁修剪,从而导致了较高的养护成本,这一缺点在一定程度上限制了草地早熟禾的推广与应用。培育株型低矮的草地早熟禾新品种,是草坪草育种的一个重要方向。GA2ox是赤霉素代谢过程中的一个关键酶,与植物株型调控密切相关,目前已经从一些植物中获得了GA2ox基因并进行了相关研究,然而草地早熟禾GA2ox基因的研究尚未见报道,其功能尚不清楚。本研究的主要内容是从草地早熟禾中克隆得到了一个GA2ox基因及其启动子序列,通过生物信息学分析、转基因试验、RNA-seq测序分析以及酵母双杂交等对其功能进行了系统研究,主要研究结果如下:1. 利用RACE方法从草地早熟禾中克隆得到PpGA2ox基因,其开放阅读框为1047bp,编码348个氨基酸,基因序列提交至NCBI,登录号为KX254272。保守结构域分析结果表明,PpGA2ox属于GA2ox家族。构建系统进化树发现,PpGA2ox与Ta GA2ox的亲缘关系最近。PpGA2ox表达特征分析结果显示,PpGA2ox在叶片中的表达量最高,并且在幼嫩叶片中的表达量最高,表明PpGA2ox主要在活性GA含量较高的部位发挥作用。PpGA2ox表达受外源GA3、Me JA、IAA以及干旱胁迫的诱导。亚细胞定位结果显示,PpGA2ox定位于细胞核和细胞质。2. 利用染色体步移的方法获得了PpGA2ox基因ATG上游1109bp序列。Plant CARE在线预测分析发现,该启动子序列中不仅含有TATA-box、CAAT-box等基本顺式作用元件,还包含10个Me JA应答元件,4个干旱胁迫应答元件,另外还有1个与分生组织表达有关的顺式作用元件。PpGA2ox启动子序列连接GUS报告基因转化拟南芥,转基因植株GUS染色结果显示,PpGA2ox在幼苗叶尖和茎尖分生组织以及成熟植株叶缘凸起位置这种生长比较旺盛的部位活性较高。GUS基因表达受外源GA3诱导,而受PAC抑制。3. 过表达PpGA2ox延缓了拟南芥种子发芽,发芽率也有所降低。转基因拟南芥植株表现出矮化表型,细胞变小,内源活性GAs、ZR和IAA含量均显著低于对照。拟南芥GA代谢相关基因的表达量提高。拟南芥矮化的表型可以通过外施GA3而得到恢复。这些都表明PpGA2ox过表达拟南芥确实降低了内源赤霉素的含量而导致植株矮化。过表达PpGA2ox拟南芥花期推迟,抑制开花的基因表达量提高,促进开花的基因表达量降低。转基因拟南芥叶色加深,叶绿素含量提高。成熟转基因植株矮化表型依然十分明显,角果明显小于野生型,但是莲座叶片数目较多。PpGA2ox提高了酵母菌株的抗旱性,但是抗盐性和对照没有明显差别,表明PpGA2ox可以在干旱胁迫中发挥作用。PpGA2ox过表达拟南芥,从植株生长状态、生理指标测定结果和抗性基因表达情况可以看出,转基因植株抗旱性提高。这些结果表明PpGA2ox在干旱胁迫中发挥重要作用,且抗旱性的提高与转基因植株具有较好的叶片保水力、细胞膜完整性和渗透调节有关。4. 对PpGA2ox过表达拟南芥植株进行RNA-seq分析,GO富集分析和KEGG通路分析发现,PpGA2ox过表达对拟南芥赤霉素信号转导通路、光合作用、植株生长发育和逆境胁迫等方面均具有调节作用。这个结果与PpGA2ox过表达拟南芥植株矮化、内源赤霉素和生长素含量降低,叶绿素含量提高以及植株抗旱性提高等表型和生理指标测定的结果是一致的,进一步表明PpGA2ox在调控株型和抗逆性等方面行使重要的转录调控功能。5. PpGA2ox转化水稻愈伤组织,转基因株系GUS染色结果表明,PpGA2ox成功稳定转化水稻中表达。PpGA2ox过表达导致水稻植株矮化,根长变短,旗叶和第二片叶子长度均显著短于对照,但是叶宽没有明显差别。水稻GA代谢相关基因表达量降低。过表达PpGA2ox水稻叶色加深,叶绿素含量提高,叶绿素合成相关基因表达量提高,叶绿素降解相关基因表达量降低。转基因植株光合效率提高,在光合系统中发挥重要作用的标记基因表达量提高。PpGA2ox过表达导致水稻穂长变短,第一个节间长度变短。6. 构建草地早熟禾均一化全长c DNA文库,初级文库库容约为2.5×106 cfu·ml-1,平均插入片段长度大于1000bp,重组率为100%。自激活检测证明PpGA2ox不具有自激活活性。酵母双杂交筛选c DNA文库,获得了2个可与PpGA2ox互作的候选蛋白SKD1和NADH,推测PpGA2ox可能与候选蛋白协同调控赤霉素代谢途径、渗透胁迫和发育过程,不过这些推断需要进一步的试验验证。本研究结果表明,PpGA2ox参与植物株型调控和干旱胁迫反应,为培育草地早熟禾矮化和抗逆新品种提供了重要理论依据。