器官大小是水稻重要的外在特征,主要由细胞增殖和细胞扩张两方面因素决定。实验室前期研究从一个日本晴悬浮系的EMS突变体库中筛选获得了一个稳定遗传的株型明显变小和花药明显变短的突变体,将其命名为短药突变体(short anther1,san1)。本研究通过遗传学、分子生物学和细胞学等多种方法对突变体进行了分析,主要研究结果如下:1、表型观察表明,san1突变体整体株型明显小于野生型日本晴植株,各节间及穗均明显缩短;同时,突变体花药长度明显变短,只有野生型日本晴的一半。san1突变体的结实率明显减低,仅为野生型植株的30%左右。2、遗传分析表明突变体的短药性状受一对隐性基因控制。利用san1与籼稻品种安农(AN)和黄花占(HHZ)的杂交后代分离群体对短药突变体基因进行了定位,结果表明san1基因位于水稻第四染色体两标记429470与429581之间约111kb的区间内。3、根据Rice Genome Annotation Project网站预测,在标记429470与429581之间的目标区域内有18个预测的ORF。对目标区域内的ORF进行测序分析,发现基因座LOC_Os4g48760.1在突变体中有两个碱基发生了突变,分别造成无义突变和错义突变。因此,初步推定LOC_Os4g48760.1突变可能为san1植株产生短药表型的原因。野生型SAN1基因编码一个富含亮氨酸重复序列型类受体蛋白激酶(LRR-RLK),san1突变体中该蛋白的受体激酶结构域发生突变。4、通过构建功能互补载体将正常野生型日本晴SAN1基因导入san1突变体中,得到的突变体转基因再生植株表型恢复了野生型表型,证明基因座LOC_Os4g48760.1发生突变导致了san1的突变表型。5、聚类分析发现,SAN1蛋白与某些单子叶植物蛋白的同源性较高,而与双子叶植物的同源性较低。根据RiceXPro的水稻基因表达芯片数据及q RT-PCR分析,发现SAN1在幼嫩组织和小穗中表达量较高,而成熟组织中几乎检测不到表达,说明SAN1可能主要在水稻器官发育早期阶段发挥作用。6、对野生型日本晴和san1突变体的节间长度进行统计,结果显示突变体各节间均有所缩短,因此属于dn型矮化突变体;茎节半薄切片观察结果显示,茎表面厚壁组织变薄,细胞数目明显减少,但细胞大小几乎未发生改变,表明造成san1突变体矮小的原因可能是SAN1突变使细胞分裂受阻而导致细胞数目变少,从而使器官变小。7、对san1突变体小穗的形态观察发现,san1突变体花药卷曲,而且成熟花药开裂受阻,部分雌蕊柱头数目增加或者子房肥大,花药开裂受阻可能导致散粉不足,而雌蕊发育异常也可能影响了授粉,花药和雌蕊发育的异常可能是导致突变体结实率下降的主要原因。花药横切面半薄切片结果显示,部分花药的四个药室中有1-2个发育停滞而呈现无规则的细胞团状态,部分药室发育停滞可能是造成san1突变体花药卷曲的原因。8、用浓度为1μmol/L的IAA处理野生型日本晴和san1突变体幼苗,结果表明,低浓度IAA处理可以促进日本晴和突变体根系的生长,但突变体根长的增长率小于野生型,表明SAN1突变导致植株对生长素IAA的敏感性下降。