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叶片衰老是水稻生长发育过程中的重要部分,水稻提前衰老会严重影响最终产量。NAC转录因子是一类参与衰老过程调控的蛋白,阐明水稻NAC转录因子功能对揭示水稻衰老分子机制和改善水稻生产有巨大意义。本次研究中,我们鉴定了一个以籼稻中鉴100为背景的早衰突变体M144,研究结果如下:(1)突变体从分蘖期开始出现早衰表型,随着植株生长,衰老程度加深,同时伴有矮化和抽穗延迟的性状。突变体M144各节间长度缩短,光合能力减弱,农艺性状考查发现其在株高、穗长、粒数、结实率和千粒重等都有显著性降低。透射电镜观察和光合色素测定表明突变体叶片中叶绿体发育异常,叶绿素含量降低。在生理生化方面,我们观察到M144有活性氧(ROS)积累,更多DNA断裂,可溶性蛋白减少,丙二醛(MDA)含量升高,ROS清除酶活性降低。分析野生型中鉴100和突变体M144间衰老与光合能力相关基因表达量变化,发现在M144中,衰老诱导基因的表达量上调,而大量光合能力相关基因表达量下调。(2)M144的早衰性状受隐性单基因OsNAC109控制,该基因组成型表达,编码一个转录因子。遗传分析结果说明M144的突变为隐性遗传,通过图位克隆方法,定位出水稻早衰突变体M144的突变基因位于9号染色体长臂39 kb的物理基因组距离区间,在这个区间中只有Os09g0552800的770 bp处有一个单核苷酸替换,造成了该基因翻译提前终止。Os09g0552800被预测为一个NAC转录因子编码基因,我们将其命名为OsNAC109。互补验证和基因敲除实验进一步证明OsNAC109的突变是导致M144早衰的原因。OsNAC109的表达模式分析结果表明该基因在水稻中组成型表达,并且受衰老抑制。通过亚细胞定位实验和转录激活验证实验证明OsNAC109具有氨基酸序列N端的核定位信号和C端的转录激活域。(3)通过转录组分析和转录因子与DNA互作相关实验,发现OsNAC109特异识别启动子中的元件,从而调控下游衰老相关等基因。通过酵母单杂实验,我们筛选出了OsNAC109可能结合的多个基因启动子,包括OsSAMS1、OsNAP、OsNYC3、OsEATB、OsZFP185、OsMPS、OsGA2ox3和OsAMTR1。双荧光素酶实验检测OsNAC109对OsSAMS1、OsNAP和OsNYC3这三个衰老相关基因的调控,结果表明OsNAC109正调控OsSAMS1和OsNYC3表达,负调控OsNAP的表达,该结论与突变体M144和野生型中鉴100这些基因的荧光定量PCR检测结果一致。结合同源蛋白AtNAC57的识别序列,通过EMSA实验分析了OsNAP、OsNYC3、OsSAMS1、OsEATB、OsAMTR1和OsZFP185等下游基因的启动子片段,结果表明OsNAC109能与包含保守CNTCSSNNSCAVG元件的启动子片段结合,从而实现对下游基因的调控。