光合同化产物蔗糖是水稻产量形成的基础,其主要通过韧皮部进行运输,调控水稻的生长发育过程。蔗糖转运蛋白SUT是光合同化物运输与分配网络中的关键调控节点,主要参与蔗糖的质外体运输过程。水稻基因组中已经鉴定出5个SUT编码基因,其中OsSUT3、OsSUT4、OsSUT5在蔗糖转运过程中所起的作用尚不清楚。对水稻蔗糖转运蛋白的功能研究有助于揭示植物体光合同化物的运输与分配机制。本研究首先构建pOsSUTs::GUS材料和35S-pCAMBIA1305-GFP载体,研究了 OsSUT1、3、4、5的组织定位和亚细胞定位,并应用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制了 ossut1、3、4、5突变体,分析突变体材料蔗糖源端装载、籽粒库端卸载的生理变化,阐明OsSUTs在蔗糖转运等生理过程中的功能。主要研究结果如下:1.蔗糖转运蛋白OsSUTs的亚细胞定位和组织定位构建35S-pCAMBIA1305-GFP载体和pOsSUTs::GUS转基因水稻材料,研究了OsSUTs的亚细胞定位和组织定位情况。亚细胞定位的结果显示,OsSUT1、OsSUT3、OsSUT4、OsSUT5定位在细胞质膜上,表明其具有跨膜转运蔗糖的特征。组织定位结果显示,OsSUT1、OsSUT4和OsSUT5基因在水稻不同生育期具有不同程度的表达,其在萌发种子,叶片、叶鞘以及根的维管束,开花期小穗颖壳,灌浆期的颖果中都有表达,表明OsSUT1、OsSUT4、OsSUT5在种子萌发过程中的蔗糖转运,叶片韧皮部装载、长距离运输以及籽粒灌浆蔗糖的卸载过程中起着重要作用。其中OsSUT1、OsSUT3、OsSUT4在花药中也有表达,表明OsSUT1、OsSUT3、OsSUT4与花粉发育过程中调控蔗糖输入有关。2.蔗糖转运蛋白OsSUTs参与蔗糖韧皮部装载的功能分析通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了ossuts缺失变体材料来研究了蔗糖转运蛋白SUTs参与蔗糖韧皮部装载过程中的功能。结果表明,当OsSUT1突变后,OsSUT4的表达量显著上升,源端光合同化物可以完成正常的转运,表明OsSUT4来代替OsSUT1完成蔗糖的韧皮部装载过程。OsSUT3突变后,OsSUT4的表达量下降,而OsSUT1、OsSUT5的表达量增加,ossut3突变体源端光合同化物能够进行正常的韧皮部装载,表明OsSUT1、OsSUT5可以补偿OsSUT3、OsSUT4的功能缺失对源端韧皮部装载造成的影响。当OsSUT4突变后,水稻叶片中蔗糖、淀粉出现积累,光合同化物装载受阻,导致净光合速率的下降,且突变体株型矮小、株高降低,表明OsSUT4在蔗糖韧皮部装载过程的作用较为重要。OsSUT5突变后,OsSUT1表达量显著降低,蔗糖转运蛋白的功能受到限制,ossut5突变体光合同化物在源端的转运受阻,叶片蔗糖和淀粉含量都有增加。综上,OsSUT1、OsSUT4在源端蔗糖韧皮部装载过程中发挥重要的作用。3.蔗糖转运蛋白OsSUTs参与籽粒蔗糖卸载的功能分析通过ossuts缺失变体材料来研究蔗糖转运蛋白SUTs参与籽粒韧皮部卸载过程中的功能。研究结果表明,当OsSUT1、OsSUT5突变后,水稻籽粒灌浆受到抑制,突变体的产量都下降,表明OsSUT1、OsSUT5是参与籽粒灌浆过程中蔗糖运输的关键蛋白。OsSUT3突变后,花粉活力下降,影响水稻受精,导致灌浆延迟。OsSUT4突变后,花粉活力也出现下降,突变体灌浆延迟且物质供应不足,灌浆期突变体粒重始终低于野生型,最终产量下降,表明OsSUT3、OsSUT4也是水稻籽粒库端卸载过程中的关键蛋白。综上,OsSUT1、OsSUT3、OsSUT4、OsSUT5在水稻灌浆期籽粒蔗糖卸载过程中都起一定的作用。