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长期以来,我国高度重视水稻高产育种,目前我国水稻的单产和总产均有很大的增加,基本能够满足国内对稻米的总量需求。但随着生活水平的不断提升,人们对稻米品质的要求也越来越高,目前我国稻米品质尚不能满足广大消费者的要求,因此如何在保证一定产量水平的前提下改良稻米品质将是目前水稻育种迫切需要解决的问题。稻米中直链淀粉和支链淀粉的含量及构成直接影响着稻米的品质,尤其是食味品质,同时水稻种子中淀粉积累的多少往往决定了种子的大小和重量,和水稻的产量密切相关。因此,开展稻米中淀粉合成及其调节分子机制的研究具有重要的理论意义和应用价值。胚乳不透明表型往往表明存储代谢物的变化、淀粉含量和结构的变化以及异常的淀粉粒发育等,胚乳发育缺陷突变体是研究淀粉合成调控机制的良好的遗传材料。苹果酸参与细胞间的氧化还原当量的转运,其代谢在水稻胚乳淀粉合成中的调节作用有待进一步分析。本研究利用一个从N22辐射诱变突变体库中筛选获得的粉质胚乳突变体flo16,对其表型进行了详细的鉴定,并构建遗传分离群体,图位克隆获得目标基因,对基因的功能进行了解析,同时通过转基因过表达研究,对FLO16的育种利用价值进行了评价。获得的具体结果如下:1.本研究从60Co辐射诱变的N22突变体库中分离鉴定了一个新的粉质胚乳突变体flo16。表型分析发现,flo16突变体除胚乳粉质不透明外,发育胚乳的灌浆速率显著低于野生型。同时flo16突变体中淀粉的含量降低,其淀粉黏度特性、胶稠度以及支链淀粉链长分布等较野生型均有改变。此外,突变体的生长明显比野生型迟缓,成熟期flo16株高显著低于野生型。这些结果表明FLO16基因对于水稻中淀粉的生物合成有重要的影响。2.对发育胚乳的细胞学观察结果显示:与野生型相比,flo16突变体胚乳内有大片的不能被碘染的空白区域,同时存在大量离散的单粒淀粉粒以及变小的复合淀粉粒结构。这些结果表明FlO16的突变影响了水稻胚乳中造粉体的发育。3.利用flo16和滇粳优1号杂交构建的F2群体中分离出的隐性极端个体,将FLO16基因定位于10号染色体长臂上的标记188-21和188-2之间的88 kb区域内。测序发现基因Os10g0478200编码区中存在四个碱基对的缺失,导致蛋白翻译的读码框移位并且提前产生终止密码子。转基因互补实验表明Os10g0478200恢复了flo16胚乳的表型。因此,Os10g0478200的碱基缺失是flo16突变体表型产生的原因。亚细胞定位和酶谱分析表明,Os10g0478200编码一个由332个氨基酸组成的胞质苹果酸脱氢酶(cytosolic malate dehydragenase,CMDH)。4.flo16中,苹果酸脱氢酶活性电泳部分条带缺失、酶活下降,苹果酸含量升高,而ATP、NADPH含量减少。进一步淀粉合成酶酶活和酶谱实验表明突变体中,主要淀粉合成酶的活性均受到影响。苹果酸脱氢酶缺失后,水稻胚乳淀粉合成对外源的苹果酸和蔗糖不再响应。由此推测FLO16在淀粉合成中影响能量供应,从而影响淀粉合成。5.FLO16过表达的转基因植株在粒重和长度上表现出明显的增加,并且这些变化与基因表达水平一致。这表明提高FLO16的表达水平可以增加水稻的产量。因此,本研究发现FL016调控胚乳淀粉合成中供能底物的生成,从而影响水稻淀粉的生物合成,FLO16的过表达能够增加水稻籽粒的重量和粒长。本文的研究为调控稻米的产量和品质提供了新的思路。