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水稻作为全球超过一半人的主要粮食作物,为了应对人口快速增长带来的粮食需求的增加,提高水稻产量尤其重要。细胞分裂素(Cytokinin,CK)是直接调控作物产量的一种植物激素,参与植物的发育、形态建成、抗病、抗逆等生物学进程。水稻体内积累细胞分裂素可以达到增产的目的。CK含量在植物体内的动态平衡需要细胞分裂素氧化酶(Cytokinin oxidase/dehydrogenase,CKX)维持,CKX能断裂细胞分裂素侧链使其失活,这个反应是不可逆的。编码CKX的基因突变可以增加植物体内CK含量,拟南芥atckx3/atckx5双突变体和水稻osckx2突变体,体内细胞分裂素含量增加、种子数量增加、产量增加。此外,OsCKX4可以调控水稻根系发育。水稻基因组中分析发现有11个细胞分裂素氧化酶,除了 OsCKX 2和OsCKX4已被报道之外,目前尚没有其它9种水稻CKX生物学功能的相关报道。本论文主要围绕水稻细胞分裂素氧化酶基因家族展开,系统、全面地揭示水稻细胞分裂素氧化酶的生物学功能,为以后探究每个OsCKXs作用的分子机制提供指导信息。具体研究结果如下:(1)根据拟南芥、水稻、玉米的CKX氨基酸序列做进化树,通过生物信息学手段分析CKX的同源性。(2)ARR5在拟南芥体内响应细胞分裂素的信号,可以反映CK的含量。为了探究OsCKXs植物体内的生化活性我们在拟南芥ARR5::GUS/WS中分别超表达11个OsCKXs。GUS染色结果显示所有的转基因拟南芥无论在根部还是幼叶,GUS活性均降低。说明11个OsCKXs在植物体内均具有细胞分裂素氧化酶(3)活性,可以降解细胞分裂素。(4)为了初步分析OsCKXs的生物学功能,我们统计了转基因ARR5::GUS/WS的表型。发现所有转基因拟南芥的莲座叶变小、根长变短、果荚减少,这些表型符合拟南芥体内缺少细胞分裂素导致的表型变化,但是不同的OsCKX转基因拟南芥表型差异较大,其中OsCK2转基因植株表型变化最显著。这说明每个OsCKXs的底物、酶活可能有所不同。(5)我们通过实时荧光定量PCR检测OsCKXs的组织表达特征,OsCKXs在根部表达量相对较高,在衰老组织中的表达量比幼嫩组织中高。这种表达模式符合细胞分裂素可以影响植物根系生长以及叶片衰老的特征。(6)为了检测OsCKs对外源激素的响应,我们用不同的激素处理野生型(全称,NIP),检测它们的表达量变化。结果显示用6-BA和tZ处理时,11个基因都有不同程度的升高;但是用ACC、ABA等其他激素处理时,大部分基因表达量没有明显变化,OsCKX10会受到IAA、ACC和JA的抑制,OsCsX1和OsCKX11的表达受ABA诱导。(7)为了进一步分析OsCKXs的生物学功能,我们创制了 OsCKXs的CRISPR突变体,观察统计纯合突变体的农艺性状,分析OsCKXs在水稻体内的生理功能。从T1代的表型我们看出,这些基因的突变体大部分均可以在不同方面表现出体内细胞分裂素积累引起的性状,比如:穗粒数增多,分蘖数增多,株高变矮等。