禾本科植物中包括很多重要的粮食作物:水稻、小麦、大麦和玉米等。其中,水稻一直被作为单子叶(禾本科)植物的模式植物来进行研究。水稻是我国重要的粮食作物,其花器官的形态发育对其产量至关重要。植物花发育机制的探索起始于对拟南芥、双鱼草等双子叶植物的研究。目前,比较完善的机制是基于拟南芥花发育的"ABC"模型。在单子叶植物中,花发育的研究相对于双子叶植物而言稍微落后。近年来,对水稻花发育相关突变体的研究,使水稻花发育的调控机制逐渐清晰,已经逐步建立了适合水稻花发育的"ABCDE"模型。现有的研究表明,水稻小花的浆片是双子叶花瓣的同源物,但对于内外稃是拟南芥萼片的同源物的观点一直存在争论。此外,在拟南芥中,鉴定了一些与表观遗传相关的基因,这些基因也参与调控花器官的形态建成。而在水稻中,除了MADS-box基因参与调控水稻花器官的形态建成外,其他的调控机制尚不明确。因此,进一步全面阐述水稻花发育的调控机理,需要我们鉴定更多的参与花器官发育的基因。而鉴定水稻花器官内外稃发育相关的突变体对于确定内外稃的同一性具有重要的理论意义。本研究对一个水稻花器官发育异常的隐性突变体dfo1进行了详细的表型考察,并对其产生花器官突变的分子机制进行了深入的研究。主要研究结果如下:(1)通过辐射93-11(籼稻)筛选到了两份表型类似的突变体。突变体较野生型营养生长期没有明显差异,抽穗期稍延迟,成熟期株高变矮且花器官发育畸形。具体表现为内稃缩小,向花中心弯曲;浆片向雌蕊同源转换;雄蕊数目减少并且雌蕊化;雌蕊数目增加且异位生长。根据突变表型,我们将突变体命名为dfo1(dformed flower organ1)。dfo1与93-11正反交遗传分析发现,F1代植株表现为野生型,F2代分离群体中花器官正常表型与突变表型的个体比例约为3:1,说明该突变性状受一对隐性单基因控制。扫描电镜观察幼穗发现dfo1突变体在幼穗原基时期就表现为花器官原基发育延迟和畸形。另外,野生型的内稃页边组织为光滑的表皮细胞,而dfo1突变体的内稃页边组织具有类似野生型子房表皮细胞的特征,同时有类似柱头状的结构在页边组织的顶端着生。上述表型观察表明dfo1突变体中花器官发生了同源转换和异位生长的现象。(2)采用图位克隆的方式获得了DFO1基因。利用dfo1-1与02428 F2群体中分离的1058个隐性极端个体将目的基因定位到60 kb范围之内。通过Rice-GAAS预测发现该区域共有14个开放阅读框(Open Reading Frames,ORFs),基因组测序发现dfo1-1中第2个ORF出现单碱基的替换,而dfo1-2中在该ORF发生了单碱基的缺失,这两种突变均造成了蛋白翻译的提前终止。功能分析发现该ORF编码一个拟南芥EMBRONIC FLOWER1(EMF1)的同源蛋白(OsEMF1)。通过转基因互补验证确定OsEMF1就是DFO1基因。(3)Real-time PCR分析发现DFO1在水稻根、茎、叶和穗中组成型表达。进一步通过pDFO1::GUS转基因苗的GUS组织染色表明DFO1在水稻的各个器官中表达。同源比对发现DFO1与拟南芥的EMF1具有一定的同源性,但是相似度较低,只有三个区域具有保守性。蛋白结构预测发现DFO1有四个重叠的核定位信号(NLS)、一个P-loop和一个LXXLL基序。亚细胞定位结果表明DFO1定位在细胞核中,同时发现328-410位氨基酸对于DFO1定位到细胞核中是必需的。酵母转化实验表明DFO1的C末端的LXXLL基序具有抑制转录激活的特性。我们认为,DFO1编码一个核蛋白。(4)花器官特征基因表达分析发现C-类基因在突变体中表达上调并且在内稃中异位表达,mRNA原位杂交表明OsMADS58在突变体的内外稃中异位表达。过表达OsMADS58的转基因植株表现出部分dfo1的表型,表明DFO1可能负调控OsMADS58的表达。(5)酵母双杂交、体外Pull-down和BiFC实验表明DFO1与水稻的PcG蛋白OsMSI1和OsiEZ1互作,推测DFO1可能参与PcG蛋白介导的组蛋白H3K27的三甲基化(H3K27me3)。ChIP-real-time PCR结果表明OsMADS58的染色质上H3K27me3的修饰水平明显下降。因此,DFO1可能通过表观修饰来调控OsMADS58的表达。