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水稻是全世界最重要的粮食作物之一,世界上以稻米为主食的人口达到近一半,其栽培面积占到全球谷类作物的三分之一。在植物生长发育过程中不可或缺且需求量最大的矿质营养元素就是氮(N),它被认为是制约作物产量的主要因素之一。植物体内氮素运输的主要形式是氨基酸。氮素被植物吸收,在体内经过代谢同化为氨基酸被更好地转运,满足不同组织器官对氮素的需求。其中,在植物体内天冬酰胺是氮素长距离运输的主要形态之一。而天冬酰胺的合成主要依靠天冬酰胺合成酶的催化并通过消耗ATP由谷氨酰胺转变而来。水稻中在对根系供NH4+条件下OsASN1被认为负责天冬酰胺的生物合成。尽管已报道了OsASN1在植物体内的表达情况以及功能分析,但到目前为止仍没有出现探究OsASN1对水稻生长发育的影响及调控机制的报道。本实验以编码水稻天冬酰胺合成酶基因OsASN1为研究对象,通过qRT-PCR、生物信息学及基因芯片分析等方法分析了OsASN1的表达模式,通过采用qRT-PCR、southern blot及回交的方法鉴定筛选出单个T-DNA插入且能稳定遗传的OsASN1基因沉默材料,分析比较了OsASN1敲除突变体及其野生型在根系表型、分蘖芽生长状况、种子萌发、氮素营养状况、木质部汁液中氨基酸含量及田间农艺性状的差异,以此来探究对于水稻生长发育所造成的影响,获得的研究结果如下:1.OsASN1基因编码一个由604个氨基酸组成的蛋白质,有两个保守的结构域,亚细胞定位预測其表达的蛋白定位于细胞质。利用生物信息学和qRT-PCR分析发现:OsASN1主要在根系中表达;地上部表达量很低,其中叶鞘中表达相对较高,但在叶片及根茎结合处表达量都很低。NO3--N和NH4+-N处理对于水稻根系中OsASN1的表达都有诱导作用,但OsASN1的表达受NH4+-N的诱导效果显著高于N03-N的诱导。2.通过qRT-PCR分析、southern blot及回交的手段鉴定筛选出单个T-DNA插入的且能稳定遗传的OsASN1突变体3D-02739,并且构建OsASN1-CRISPR材料验证其表型及功能。3.通过统计分析OsASN1突变体与野生型之间的表型发现:突变体根系形态相比野生型种子根变短,种子根上侧根密度增大,不定根数目和不定根总长都会极显著减少,但对种子根上的侧根数目影响不大;OsASN1的沉默使得突变体的分蘖相比野生型显著减少,但分蘖芽的数目并没有减少,分蘖芽的伸长受阻;OsASN1突变体种子的萌发率未受到影响,但随着种子的萌发的进行使得地上地下部长度与野生型相比显著变矮;OsASN1基因的沉默使得水稻干物质量显著降低,地上地下部氮素含量也显著降低,但氮素浓度没有显著差异。同时,木质部汁液中天冬酰胺的含量显著降低,说明OsASN1负责水稻中天冬酰胺的合成;OsASN1基因的沉默也影响了水稻中氮素的再利用及氮素向小穗中的转移,使得突变体中穗粒数及二次枝梗的数目显著减少。综上所述,编码水稻天冬酰胺合成酶基因OsASN1在水稻生长发育过程中起到重要的作用,它的缺失会导致水稻生长发育受阻,最终影响水稻的产量。