水稻是植物基因组功能研究的重要模式作物,同时也是重要的粮食作物之一,因此对水稻的研究尤为重要。植物生长素是一种含量极少但具有调节植物生长和发育的激素。生长素发挥生理作用时具有双重效应即低浓度促进生长,高浓度抑制生长。因此,生长素维持在一个合适的细胞水平对植物具有重要意义。已有研究表明植物线粒体可能与植株激素相关联进而影响植物的生长与发育。但目前对于线粒体如何影响植物激素的研究相对较少。本研究从EMS（ethyl methane sulfonate）诱变的缙恢10突变体库中筛选并鉴定了一个水稻生长素合成缺陷的突变体dvb1（decreased vascular bundle 1）。通过对dvb1突变体表型鉴定、组织学分析、图位克隆、功能互补验证、表达分析、亚细胞定位及功能鉴定等揭示该突变体由于线粒体发育异常影响生长素的合成。主要研究结果如下:1、dvb1突变体表型鉴定和组织学分析与野生型缙恢10相比,dvb1突变体差异集中在后期。分蘖期,dvb1突变体整体表现为矮小、分蘖数增多、各节茎明显变短和变细,通过扫描电镜观察鞘内表皮细胞发现dvb1突变体细胞偏小且不规则。此外,dvb1突变体叶片变窄且这一变窄的程度随着时间的延长变得更加明显。孕穗期,dvb1突变体花药变小变白,育性显著降低,花粉碘化钾染色未发现明显的淀粉积累,花原基、小穗和穗枝梗的数目均减少。进一步通过不同组织部位的石蜡切片观察到dvb1突变体内大小维管束数目均减少,但维管束之间的间距没有差异。2、DVB1基因的图位克隆及功能互补验证dvb1突变体与西大1A杂交,F1代均表现为正常。F1代自交所得的F2代中,正常和矮化表型的比例为3:1,充分表明dvb1突变体的突变表型受一对隐性核基因控制。进一步,利用F2代群体中突变表型植株作为定位群体,和分布在水稻12条染色体的SSR和In Del标记将DVB1基因定位于水稻第3号染色体W3-100和In D3-2标记之间,物理距离为52 Kb。信息分析和测序比对最终将DVB1基因定位于LOC＿Os03g62420基因。进化树分析表明DVB1属于线粒体连接和嵴形成复合物MICOS（Mitochondrial Contact Site and Cristae Organizing System）成员之一,参与线粒体内膜嵴的形成。LOC＿Os03g62420基因第二个外显子处的G碱基突变成A碱基,导致核心蛋白序列G*G*G*G的第三个氨基酸由甘氨酸转变成谷氨酸。为了证明DVB1为LOC＿Os03g62420基因,我们将包含LOC＿Os03g62420基因的启动子、完整基因及终止序列的载体通过农杆菌介导法转入dvb1突变体中,阳性转基因表型得到了一定的恢复,证实LOC＿Os03g62420为DVB1。3、DVB1基因表达模式分析通过qRT-PCR分析DVB1转录本在野生型不同时期和不同组织中的相对表达量,表明DVB1基因呈现出一个非时空非组织特异性的表达模式。通过m RNA原位分析了DVB1基因在根、茎、叶、鞘、穗基部等组织的表达情况,DVB1基因主要集中在维管束部位表达,充分说明了DVB1基因在维管束发育中起重要作用。4、DVB1蛋白的亚细胞定位为探究DVB1的亚细胞定位情况,我们将构建的DVB1-GFP载体转入水稻原生质体,通过激光共聚焦显微镜观察DVB1定位在线粒体和一个细胞质非线粒体不明确的细胞器中。5、DVB1蛋白的功能鉴定DVB1是一种线粒体蛋白,为MICOS成员之一,该基因的突变可能会导致线粒体异常。通过透射电子显微镜,野生型细胞的线粒体大多数为长方形棒状结构,内膜充分折叠形成嵴。dvb1线粒体呈现圆形结构,内膜折叠发生异常,形成一圈圈的同心圆结构,无明显折叠的内膜嵴。对野生型和dvb1突变体的正常线粒体和异常线粒体进行统计,发现dvb1突变体中82%以上的线粒体结构均异常。细胞内ATP主要来源于线粒体。为了探索dvb1突变体中线粒体的功能是否发生变化,于是测量了野生型和突变体中ATP含量和ATP合酶活性,发现dvb1突变体中ATP含量和ATP合酶活性均显著降低,表明dvb1线粒体丧失了正常功能。酵母中Mic10可通过核心的G*G*G*G序列形成多聚体,使线粒体内膜折叠成嵴,该序列突变后将导致Mic10无法形成多聚体,内膜无法折叠。针对DVB1及DVB1G90E是否可以形成多聚体,随后利用酵母双杂交发现DVB1和DVB1G90E均存在自身的相互作用且两者间也可以发生相互作用。利用非变性聚丙烯酰胺凝胶的免疫印迹实验证明DVB1和DVB1G90E均可以形成二聚体及少量的多聚体。对野生型和dvb1突变体进行RNA-Seq测序分析,发现在dvb1突变体中共有2533个基因上调和2500个基因下调。GO富集分析表明这些差异基因集中在一些激素信号转导、氨基酸代谢和二级代谢等途径。考虑到dvb1突变体的表型呈现出一种生长素异常的表型,于是测量苗期和分蘖期野生型和dvb1突变体中生长素的含量,发现dvb1突变体生长素含量显著提高,且分蘖期增加的程度比苗期更大。某些氨基酸是生长素合成的前体,并且差异基因富集在激素信号转导和氨基酸代谢途径中,通过测定分蘖期野生型和dvb1突变体的氨基酸含量,发现dvb1突变体中生长素前体的氨基酸如丝氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸分别提高105.3%,22.8%,28.6%和10.63%。对野生型和dvb1突变体进行定量分析,发现FIB、TAR1、TDD1、COW1几个色氨酸合成生长素的基因在dvb1突变体均高于野生型。上述的结果说明dvb1突变体线粒体的异常可能导致氨基酸代谢紊乱,进而影响生长素的合成,使得生长素含量增加,表现出生长被抑制的表型。