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提高禾本科作物产量是保障粮食安全的关键。在众多影响因素中,籽粒大小和粒重对谷类作物产量具有决定性作用。因此解析调控作物粒型、粒重的分子机理可以为作物高产品种的改良提供新的途径。近年来,许多参与调控水稻和玉米籽粒大小和粒重的基因以及与之有关的信号途径被发现。有报道指出乙烯作为一种重要的植物激素,与籽粒发育密切相关。鉴于乙烯信号往往通过下游乙烯响应因子（Ethylene response factor,ERF）介导的转录调控反应影响植物生长发育进程,本研究在数据库中鉴定到一个在水稻籽粒中特异表达的OsERF家族基因OsERF115,该基因在乙烯不敏感突变体Osein2中表达量显著降低。本研究利用细胞学、分子生物学、转录组学和生物信息学等方法,对OsERF115调控水稻籽粒大小和重量的分子机制作进一步探究。并通过候选基因关联分析方法验证了其同源基因ZmERF115在玉米中的功能。主要研究结果如下:（1）OsERF115在水稻幼穗和发育阶段的颖果中特异性的表达。过量表达OsERF115的植株成熟籽粒的长度、宽度和厚度均显著提高,千粒重明显增加,单株产量提高。利用CRISPR/Cas9创制的OsERF115敲除突变体籽粒宽度和千粒重明显下降。两者数据表明OsERF115对籽粒大小和粒重起着重要的调控作用,是籽粒发育的正调控因子。此外,OsERF115正调控籽粒发育的功能在不同遗传背景水稻中具有保守性。（2）一系列细胞学分析结果显示,过表达OsERF115可以促进颖壳表皮细胞的纵向伸长及横向增殖,显著增加胚乳中的糊粉层细胞数量,并加快籽粒灌浆导致粒重增加。相反,OsERF115基因的缺失导致籽粒颖壳和胚乳中细胞数目减少。表明OsERF115可以通过调控颖壳横向细胞增殖改变籽粒宽度,促进胚乳糊粉层细胞增殖提高籽粒灌浆速率继而影响粒重。（3）外源乙烯可以通过乙烯信号转导通路依赖的方式激活OsERF115的转录。乙烯生物合成关键基因和信号转导重要组分基因在籽粒中的表达模式类似于OsERF115,表明内源乙烯可以在籽粒发育过程中诱导OsERF115的表达。双荧光素酶报告技术、EMSA和ChIP-qPCR结果均显示OsEIL1是通过EBS基序特异性结合并激活OsERF115启动子。此外,OsERF115基因表达量受OsEIL1调控,进一步证明OsERF115参与乙烯信号传导,OsEIL1是其上游转录因子直接激活其表达。（4）OsERF115编码一个核定位的ERF类转录因子,具有转录抑制活性。通过转录组数据分析,鉴定到野生型和OsERF115过表达植株之间存在大量差异表达基因。多种分子生物学实验结果表明OsERF115可以与籽粒大小负调控基因OsGW2和OsGS6启动子的GCC-Box基序直接结合,从而抑制其表达。此外,OsERF115可以间接激活多个颖壳发育和籽粒灌浆正调控基因。这些OsERF115下游基因的表达量也受到OsEIL1调控,说明OsEIL1和OsERF115在相同的通路中发挥调节籽粒发育的作用。（5）基于3,010个水稻种质基因序列分析,发现了OsERF115启动子区域存在大量SNP。OsERF115启动子的多态性影响了该基因对乙烯信号的响应,EBS基序的自然变异是影响该基因启动子活性的主要原因,其中-835位点的SNP与籽粒重量密切相关。（6）OsERF115是禾本科特有的ERF家族成员,该蛋白的同源物具有保守的AP2结构域。在玉米、小麦和高梁中的ERF115同源蛋白均显示出与OsERF115相同的转录抑制活性,暗示其同源基因在单子叶作物籽粒发育过程中可能扮演着重要的角色。（7）基因表达分析发现ZmERF115在灌浆期的籽粒中优先表达。在1223份遗传背景不同的玉米自交系中,ZmERF115的启动子区和编码区都存在核苷酸多态性。依据序列多态性将这些种质划分为10个单倍型,不同单倍型之间的籽粒性状存在差异。（8）利用8个不同环境关联群体的籽粒性状进行了 ZmERF115的候选基因关联分析。结果显示该基因启动子区InDel-53位点的多态性与籽粒长度、宽度和重量显著相关。在玉米不同种质中,ZmERF115转录水平与籽粒大小和重量呈正相关性,表明该基因具有促进籽粒发育的功能,验证了ZmERF115与OsERF115具有保守的功能。综上所述,本研究建立了水稻OsEILl-OsERF115-粒大小基因调控模块:水稻乙烯通过OsEIL1直接转录激活OsERF115,OsERF115直接抑制OsGW2、OsGS6等负调控基因的表达,间接激活籽粒大小正调控基因,实现正调控籽粒大小和粒重。此外,鉴定了 OsERF115在玉米中的直系同源基因ZmERF115,并验证了该转录因子在水稻和玉米中可能具有保守的功能。本研究的成果不仅解析了乙烯信号转导对水稻粒型与粒重的调控机制,也揭示了玉米籽粒大小调控的潜在通路,对高产优质谷类作物品种的分子育种具有重要意义。