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油菜素内酯(BR)是一类对植物生长发育有重要调节作用的甾醇类植物激素。OsDWF4是水稻调控BR生物合成的关键限速酶之一,而OsBZR1是BR信号传导通路中的关键转录因子,介导了 BR与多种不同信号通路的互作。本课题主要研究了不同启动子驱动的OsDWF4和OsBZR1过量表达对水稻产量和品质等性状的影响及其作用机制。期望本研究可帮助完善水稻的BR信号通路及其调控网络,并为培育高产优质的水稻新品种提供重要依据。主要研究结果如下:1、以粳稻品种日本晴不同的组织和发育籽粒为研究材料分析OsDWF4和OsBZR1的表达。检测结果显示OsDWF4基因在水稻叶片中表达最高,在其他组织中的表达差异不明显,而在发育种子中,OsDWF4在种子发育前期和中期(0-15DAF)表达水平基本平稳,在种子发育后期(15-20DAF)表达明显上升。OsBZR1基因在水稻根中表达量最高,其次是叶鞘和茎秆,而在叶片和小苗中表达最低。在发育种子中,OsBZR1基因在种子发育初期(0DAF)表达水平最高,然后随着种子的发育表达逐渐下降。2、将OsDWF4基因克隆到包含水稻胚乳特异性表达启动子Gt1或玉米组成型表达启动子Ubi的过表达载体,并转入受体粳稻品种盐稻8号,分别获得28个pGt1::OsDWF4和18个pUbi::OsDWF4独立转化子。对筛选到的代表性转基因纯合系为研究对象,系统分析基因表达、产量和品质等性状。相较于未转化野生型对照,OsDWF4过表达水稻的籽粒变长且千粒重增加,显示出较好的增产潜力;转基因稻米的糊化温度和胶稠度等理化品质有所改变,稻米品质有一定提升。进一步比较发现Gt1启动子驱动的OsDWF4过表达转基因水稻相较于Ubi启动子驱动的材料显示出更好的综合性状。因此,本研究不仅证明OsDWF4过量表达对水稻产量和品质有一定改良作用,同时也明确通过遗传调控BR途径改良稻米产量和品质过程中,选用胚乳特异性启动子可能是更好的选择。3、将OsBZR1基因分别连入三种不同的过表达载体,除了与上文相同的包含Gt1启动子和Ubi启动子的载体外,第三种载体包含来自水稻的组成型表达启动子Actin和3Flag标签。将构建好的目标载体转入受体品种粳稻日本晴中,获得19个pGt1::OsBZR1、14个pUbi::OsBZR1和11个pActin::OSBZR1-3Flag独立转基因株系。结果表明,过表达OsBZR1使水稻籽粒变长,千粒重增加,其中以Gt1启动子驱动的过表达材料变化最为显著。稻米理化特性分析表明过表达材料的表观直链淀粉含量没有显著变化,而Ubi和Actin启动子驱动的过表达稻米胶稠度显著变软,糊化熵稍有下降。4、选取OsBZR1基因外显子中特异性序列为靶点,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创建了OsBZR 的一系列突变体材料,DNA测序结果表明成功获得包括D1(缺失1bp)、D2、D3、D4、D5、D9和I1(插入1bp)等在内的7种不同类型的bzr1突变体。这些突变体的创建为后续深入开展水稻OsBZR1基因的功能研究奠定了基础。本研究明确了OsBZR1主要定位于细胞核中,这与其作为转录因子的功能一致。酵母双杂实验揭示了OsBZR1与 BR信号通路中的OsGSK2激酶及OsBZR家族成员中的OsBZR2和OsBZR3均存在直接互作。此外,双荧光素酶瞬时转化实验证实OsBZR1作为BR信号通路中的关键转录因子对BR合成关键基因OsDWF4的表达具有负调控作用,该结论与拟南芥中的研究结果一致。上述研究结果为进一步完善OsBZR1在水稻BR信号传导通路中的功能奠定了重要基础。