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水杨酸(salicylic acid,SA)作为一类重要的植物激素参与植物免疫反应和生长发育。水稻中具有较高的SA含量,而且与拟南芥等植物不同,其SA含量不受病原菌诱导。SA在水稻抗病和生长发育中的作用有待深入研究。本研究对水稻SA羟化酶基因的表达,酶活性做了深入研究,并在此基础上通过CRISPR/Cas9技术在日本晴和盐稻8号中敲除水稻的SA羟化酶,获得SA含量一定程度升高的突变体;同时通过超表达SA羟化酶获得SA含量降低的转基因植物,进一步利用以上材料研究SA羟化酶以及SA在水稻生长发育和抗病中的作用,取得的主要研究结果如下:(1)拟南芥和水稻中SA含量和SA羟基化产物均有差异。通过对拟南芥和水稻开花期的SA及其衍生物的含量测定,发现水稻SA含量是拟南芥的2.3倍;在拟南芥中存在2,3-DHBA和2,5-DHBA两种羟基化产物,但水稻中只有2,5-DHBA。(2)水稻四个SA候选羟化酶基因表达均受SA诱导;体外酶活测定发现只有候选基因编码的OsS5H1和OsS5H2重组蛋白具有较强的SA羟化酶活性,OsS5H3和OsS5H4酶活性较弱。(3)利用CRISPR/Cas9技术分别获得了日本晴和盐稻8号背景下的s5h1s5h2双突材料。(4)s5h1s5h2材料和OsS5H1/OsS5H2超表达植物的SA代谢发生了显著变化。通过对不同时期的OsS5H1和OsS5H2的突变体和超表达材料进行代谢分析,发现超表达材料体内SA含量较对照下降,羟基化代谢产物含量上升,突变体则呈现相反趋势。证明了OsS5H1和OsS5H2在水稻体内具有SA羟基化活性,且在体内OsS5H1的催化活性强于OsS5H2。(5)s5h1s5h2水稻突变体抗病能力增强。通过白叶枯菌P6接种试验,发现日本晴和盐稻8号两种水稻品种背景下的s5h1s5h2均提高了对水稻白叶枯菌的抗性,而在日本晴背景过表达OsS5H1或OsS5H2会导致水稻对白叶枯菌P6的敏感性增加。(6)OsS5H1或OsS5H2协调水稻的抗病和产量。通过统计s5h1s5h2的农艺性状,发现在日本晴背景下,双突变体的二级分支数、单穗粒数和单株粒数较对照下降,最终导致单株产量发生下降。但盐稻8号背景下的双突变体单穗粒数下降的同时,分蘖数增加,使其单株产量和单株粒数与对照相比并未发生下降。说明在不同品种背景下的s5h1s5h2突变对产量性状的影响存在差异。OsS5H1或OsS5H2超表达的产量没有发生明显增加,证明降低水稻SA含量不能增加其产量。(7)OsS5H1和OsS5H2突变造成水稻株高变矮、穗颈长度变短。我们发现OsS5H1和OsS5H2突变在日本晴和盐稻8号背景下均能影响穗颈长度,说明SA含量与株高和穗颈长度负相关。综上所述,水稻和拟南芥SA含量以及羟基化代谢情况不一致。OsS5H1和OsS5H2在体内外均可催化SA生成2,5-DHBA,为水稻中的SA 5-羟化酶。OsS5H1和OsS5H2可以通过调控SA含量来协调水稻的生长发育和抗病性,有望作为一个功能基因应用于抗病、高产水稻品种的分子育种。