赤霉酸是五類植物之一。是存在于植物體內的一大類四環二萜類化合物，至今已發現100多種，總稱赤霉素類(GAs)t1。其中只有少數赤霉酸具有生物活性．能作用于高等植物的整個生命周期。它有許多與植物生長和發育相關的生理功能。如誘導Ot一淀粉酶的形成、促進禾谷類種子萌發、促進節間和葉片伸長、促使莖的伸長和植株增高、促進花器官形成和孤雌生殖及果實形成等。但大多數植物體內的活性GAs以GA1或GA4為主。中間產物和非活性GAs(結合態GAs1有幾十種。GA類似物、GA合成抑制劑在農作物和觀賞植物上有多種用途，已發揮重要的作用。草坪具有綠化美化、水土保持、調節小氣候、觀賞和運動等功能．對于居民休憩、娛樂及景觀等具有舉足輕重的作用。然而。草坪修剪與灌溉等耗費了大量的人力和物力。常30%一40%的管理費用于草坪草修剪。矮化的草坪草以其低修剪率、低耗水率而受到越來越多的重視。逐漸成為草坪草育種工作的一個方向。首先討論赤霉酸的植物矮化作用。其次探討赤霉酸在草坪草矮化育種中的應用前景。
1赤霉酸的矮化作用
GA是調節和控制植物生長基本的一種內源，與GA有關的矮化突變可分為兩類，合成型突變體和非應答型突變體。
1．1合成型矮化突變體
合成型突變體在于抑制、阻礙了的生物合成和代謝步驟，使得內源GA缺乏或痕量存在。合成型突變體叉分為兩類：GA缺陷型和GA失活型。絕大部分的突變體屬于GA缺陷型，呈明顯的矮化。其體內GAs的含量顯著降低。外施GA可恢復正常型特征，。如水稻突變體d和豌豆突變體le表現出GA缺乏表型，呈現明顯畸矮、葉片深綠突變型，能抑制GAs對糊粉層中儀．淀粉酶基因的誘導表達；d突變體的節間伸長對活性GA的敏感性較野生型植株弱100倍。現在已經分離到了d基因．通過克隆和序列分析證明它編碼參于GA生物合成過程中的一個酶．GA20氧化酶(GA20ox)。GA20．氧化酶屬于可溶性個雙加氧酶，能催化GA生物合成中倒數第二步的從C∞氧化到C。．GAs結構的形成[I3】。已從西瓜、擬南芥、水稻、菠菜、豌豆、南瓜、煙草等植物中克隆出GA20．氧化酶基因的cDNA。各種植物的GA20．氧化酶是由小的多基因家族編碼的，其氨基酸序列在不相關的物種中同源性不高，為50%一60%，而基因家庭成員有65%一85%的同源性。比較幾種植物的GA20．氧化酶氨基酸序列發現。它們都有一些共同的保守基元，如與結合2．酮戊二酸有關的保守一致序列NYYPX．CQKP。保守的H和D殘基、LPWKET基元(與GA底物結合有關)[181。GA20．氧化酶是嚴格調控的酶，既受反饋調節。又受光周期調節。GA合成受損的擬南芥矮化突變體中積累的GA20．氧化酶比野生型的還要多。外施有活性的GA。此mRNA水平就下降。同樣情況也在豌豆中發生。很少突變屬于GA失活型。株高明顯增加，其體內GA含量過高，外施GA合成抑制劑將顯著降低株高。Carrera等克隆了馬鈴薯的3種GA20．氧化酶基因，即StGA20oxl，StGA20ox2，StGA20ox3，馬鈴薯的gal突變體(13羥基化步驟被阻斷)積累較高的GA20．氧化酶轉錄本，外施GA3后，3種酶表達在馬鈴薯gal突變體內大幅度減少：用GA合成抑制劑處理野生型馬鈴薯，會增加StGA20oxl和StGA20ox3的轉錄豐度，說明GA20．氧化酶是受反饋機制調節的。另外，GA的生物合成中還存在滅活機制。另一個依賴于2．酮戊二酸的雙加氧酶GA213羥基化酶(GA2．氧化酶)能使C．2位發生羥基化而滅活GAs分子，從而使活性的GAs滅活并終使代謝終止。
1．2非應答型矮化突變體
GA非應答型矮化突變體其突變體表現出GA合成缺陷型矮化，但體內含有大量有生物活性的GAs。這似乎是矛盾的。因為莖的伸長通常是由有活性的GA量來控制的，然而它正揭示了GA的應答和GA的生活合成之間的關系。這些矮化突變體不能響應GA，也不會降低GA的生物合成，說明這些基因在正常的情況下很可能參與了GA信號的接收或傳遞過程，其矮化的根本原因可能是信號傳導過程中斷。GA非應答型矮化突變體又分2種亞型，即隱性GA非應答型矮化突變體和半顯性的GA非應答型矮化突變體，二者相應的突變基因編碼GA．信號傳導的正調節因子。
1．2．1隱性GA非應答型矮化突變體隱性GA非應答型矮化突變體如水稻的突變體(d)、大麥的突變體(gse)、擬南芥突變體(s1、pk1)呈半畸矮表型．外源GAs處理不能恢復這些突變體莖的伸長。d和gse突變體抑制了活性GAs對糊粉層細胞中的儀．淀粉酶基因的誘導表達。研究發現d基因編碼異源三聚體G蛋白的儀．亞單位。復合蛋白儀．亞單位的突變導致信號傳導中斷，使GAs不能發揮正常作用，而使植物矮化。
1．2．2半顯性的GA非應答型矮化突變體在半顯性的GA的非應答突變體中。如小麥的R(R．和R．D)。玉米的D8和D9及擬南芥的GAI，這些容、變體內積累了較高水平的活性GA1，說明突變體破壞了GA的信號傳導。而通過正反饋作用來調節GA的生物合成．這些基因對GA作用不敏。Rht、D8、GAI和RGA是GRAS蛋白質家族的成員。GRAS家族蛋白質具有轉錄因子的功能，現在已有33個G成員被克隆。這個蛋白的亞組成員在N端有兩個保守區，其中包括由27個氨基酸構成的基序，即“DELLA”保守基元，“DEUA”結構域的缺失導致擬南芥、玉米的半顯性矮突變。Peng等(1999)的研究也表明因Rht．B1和Rht．D等位基因發堿基置換，而在“DELLA”區產生終止密碼子，而導致小麥的矮化突變。由此可見，Rht、D8、GAI等蛋白質具有GA信號傳導負調節因子的作用，這些蛋白如果在N端存在，GA則可通過抑制這些蛋白的功能而行使矮化作用。
2在草坪草育種中的應用前景
2．1草坪草GA突變體的篩選
如前所述，與GA有關的矮化突變體有非應答型矮化突變體和合成型矮化突變體，可以人為的大量噴施有生物活性的赤霉酸，使GA在植物體內過量表達，以期產生矮化突變體。在自然界中，由于植物生存環境的變化，植物為適應新的環境可能做出相應的變化，有時會產生矮化表型，可以選育這種表型來育成矮化品種。同時我們也可以用物理化學的方法來創造突變體，可以用飛船搭載草坪草種子產生變異，也可以利用、X、p、中子、無線電微波、激光、紫外線等照射草坪草的種子、花粉、植株、培養組織或其他器官。使其遺傳物質發生改變產生各種變異，在發生變異的個體中選擇矮化突變體培育成新品，應用于生產實踐。
2．2利用現有的矮化基因改良草坪草品種
利用基因工程手段培育和改良植物品種是一種便捷和實用的途徑。近幾年，由于國家的西部大開發戰略的實施以及生態環境的保護需要，培育優質的的草坪草品種成為研究的熱點問題。目前，多年生黑麥草、草地早熟禾、高羊茅、結縷草、狗牙根等草坪草的遺傳轉化體系已基本成熟，并且已成功的通過轉基因技術獲得了一批具有抗性草坪草植株，但是還未見把矮化基因轉化到草坪草中的報道。20世紀以“高產良種、化肥，灌溉、農藥”四大技術為動力掀起的農業中的“綠色革命”是農業史上的偉大事件。而糧食作物中矮化基因的利用，在這次革命中起著重要的作用。迄今，綠色革命中所應用的小麥和水稻半矮桿性狀基因已克隆和鑒定。這些基因都與GA的生物合成和信號傳導有關。基于草坪草不同于糧食作物的特殊性，我們可以利用現已成熟的轉基因體系把如Rht、D8、D9、GA1等矮化基因轉化到草坪草中，培育成矮化品種，從而降低修剪強度，以節省草坪養護成本。
2．3通過基因克隆技術改良現有的草坪草品種近年來，隨著分子生物學、分子遺傳學、細胞生物學、生理生化等學科的發展，已經掌握了大量有關植物優良性狀基因的生物學和遺傳學特性，并且這些基因已在染色體上定位。特別是進入20世紀80年代以后，由于寡核苷酸合成技術的改良、RNA和DNA操作技術的完善、酶學方面的進步，尤其是PCR技術的快速發展，人們分離基因技術的能力和范圍得到進一步的提高，現在已經克隆出了與植物抗病、抗逆、抗蟲、抗除草劑、育性，優質、及發育等相關基因。經過20多年的發展，植物基因克隆技術已基本完善。
近幾年，幾乎所有編碼GA合成過程中的酶基因都被克隆出來了，其中豌豆、擬南芥、玉米和水稻中GA缺陷型的研究為詳盡，這幾種植物的GA生物合成基因的許多位點已被鑒定，而且獲得了部分與其相關的突變體。GA生物合成是受反饋抑制控制的，反饋機理主要表現在控制編碼GA20．氧化酶和GA3B羥基化酶兩個基因的表達水平。在許多植物GA缺乏的矮生突變體中都具有異常高水平的生物活性GA(CGA)，相反細長型突變體的生物活性GA卻相當低，當外源施入有生物活性的GA時，豌豆矮生突變體(3．B羥基化酶被損害)內源大量存在的C曠GA大大減少，而C加．GA則增加：在南瓜中過量表達的GA．20氧化酶產生極度矮化的植物。而嚴遠鑫等通過水稻GA20．氧化酶基因的正義和反義轉化，導致了轉基因水稻莖桿的增高和矮化。本實驗室利用簡并PCR技術已從結縷草中克隆到GA20．氧化酶基因，構建了正義和反義表達載體，并轉化到我國南北方廣泛應用的冷季型草坪草高羊茅中，以期獲得矮化的高羊茅新品種。這將有可能人為地控制植物在草坪草體內的合成。同時可以更深入地研究赤霉酸的作用機理。更重要的是篩選矮化的轉基因草坪草植株以便形成品種。從而省去外施和修剪所耗費的人力和物力，這將具有很大的經濟效益。