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水稻是我国的重要粮食作物,在大宗谷类作物中,其富集镉的能力最强。近几年来,水稻凝集素被发现与水稻的抗逆性相关。本实验室前期通过对300份水稻材料镉含量的全基因组关联分析,发现多个位点与Jacalin类凝集素基因OsJRL紧密连锁。转录组分析也发现耐镉水稻品种中OsJRL基因受镉胁迫诱导表达。已有研究表明水稻OsJRL基因可以调控非生物胁迫,但目前的研究尚未涉及到响应镉胁迫领域。本研究对OsJRL基因进行生物信息学分析,并将水稻OsJRL基因转化酵母镉敏感型菌株△ycf1,研究转化菌对镉胁迫的应答。同时以日本晴为受体,利用CRISPR/Cas9技术对OsJRL基因进行定点编辑,并对获得的纯合突变体在镉胁迫下的农艺性状、镉积累以及生理特性进行研究,以进一步研究OsJRL基因响应水稻镉胁迫的机制,丰富低镉水稻资源,为水稻安全生产提供参考。主要研究结果如下:(1)OsJRL基因能够响应镉胁迫,主要在水稻根中表达。转OsJRL基因的△ycf1菌株镉耐受力显著增加,推测OsJRL基因具有耐镉特性,且主要在根中发挥作用。(2)构建CRISPR/Cas基因敲除载体,成功获得了阳性转基因材料;并对编辑后的蛋白质结构进行预测,获得了预测蛋白翻译提前终止及缺失氨基酸的稳定遗传纯合突变体。(3)对3个稳定遗传的OsJRL突变纯合系osjrl-1,osjrl-3和osjrl-4进行镉胁迫实验,发现OsJRL突变体根茎叶镉含量均高于野生型,总体上镉积累表现为osjrl-3>osjrl-1>osjrl-4>野生型。镉处理下突变体根、茎和叶片镉含量最高分别为野生型的4.64、2.47和2.27倍,且成熟期大部分达到显著水平。OsJRL基因突变不影响植株正常生长,但影响生物量积累和产量性状,且影响程度与生长阶段以及蛋白结构突变类型紧密相关。相同镉处理下突变体MDA含量、SOD、POD和CAT酶活性比野生型最高分别高42.11%、23.91%、50.01%和14.24%,可溶性蛋白含量低至野生型的77.92%,OsJRL突变后水稻对镉更敏感。OsJRL可能作为一种镉离子外排转运体参与水稻镉代谢,主要参与水稻生长后期根部对镉的吸收以及镉的根-茎转移。