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水稻属于禾本科稻属,同小麦和玉米共同构成了世界上最重要的粮食作物,世界人口近一半都生产和食用大米。因此改良水稻品种,提高水稻产量具有重要意义。籽粒大小和数量是提高水稻产量潜力的重要因素。OsGS3是一个控制水稻籽粒长度的主效QTL,控制籽粒宽度的微效QTL;OsGW2是控制水稻籽粒宽度和重量的主效QTL;OsGn1α是控制水稻每穗的籽粒实粒数的主效QTL。基于传统杂交、回交选育的方式很难快速实现多个产量性状的有效聚合,通过基因编辑技术高效聚合多个基因后对产量的影响也有待研究。本研究基于CRISPR-Cas9定向修饰技术,以模式植物日本晴与吉粳88号、辽星1号、楚粳37号作为实验材料,设计同时敲除OsGS3、OsGW2和OsGn1α的定向编辑载体,实现多基因定向聚合突变体材料创制,以期为水稻增产和品种改良提供分子工具及典型范例。全文具体研究内容及结果如下:1.在日本晴中,经农杆菌介导的水稻稳定转化,共得到了27个T0再生单株,有25株为转基因,T0代转基因阳性率为93%。通过对3个目标基因目标位点定向修饰突变体单株鉴定,结果显示:OsGS3-sgRNA1定向修饰位点突变效率为48%;OsGW2-sgRNA1定向修饰位点突变效率为60%;OsGn1α-sgRNA1定向修饰位点突变效率为60%;OsGS3、OsGW2、OsGn1α多基因位点聚合突变效率为28%。2.在吉粳88号中,经水稻稳定转化共得到了12个T0再生单株,T0代转基因阳性率为100%。通过对3个目标基因目标位点定向修饰突变体单株鉴定,结果表明:OsGS3-sgRNA1定向修饰位点突变效率为50%;OsGW2-sgRNA1定向修饰位点突变效率为67%;OsGn1α-sgRNA1定向修饰位点突变效率为33%;OsGS3、OsGW2、OsGn1α多基因位点聚合突变效率为25%。3.在辽星1号中,经水稻稳定转化共得到了25个T0再生单株,T0代转基因阳性率为100%。通过对3个目标基因目标位点定向修饰突变体单株鉴定,结果显示:OsGS3-sgRNA1定向修饰位点突变效率为28%;OsGW2-sgRNA1定向修饰位点突变效率为52%;OsGn1α-sgRNA1定向修饰位点突变效率为60%;OsGS3、OsGW2、OsGn1α多基因位点聚合突变效率为12%。4.在楚粳37号中,通过农杆菌介导的水稻稳定转化,共得到了42个T0再生单株,T0代转基因阳性率为100%。通过对3个目标基因目标位点定向修饰突变体单株鉴定,结果表明:OsGS3-sgRNA1定向修饰位点突变效率为47%;OsGW2-sgRNA1定向修饰位点突变效率为67%;OsGn1α-sgRNA1定向修饰位点突变效率为52%;OsGS3、OsGW2、OsGn1α多基因位点聚合突变效率为19%。5.日本晴、吉粳88号,辽星1号和楚粳37号四个品种中,均成功获得了表型明显增大变宽,穗粒数变多的T1代种子,成功筛选出T1代不含载体的目标基因聚合突变体材料。表明CRISPR-Cas9介导的OsGS3、OsGW2和OsGn1α定向聚合修饰在基因型及表型上均可稳定遗传。