水稻作为主要的粮食作物,随着世界人口的急剧增加,需要不断提高粮食产量来满足日益增长的粮食需求。株型是指与作物产量有关的一组性状,主要由株高,分蘖数,花序形态,分蘖角度和叶夹角等决定。DDM1是SWI2/SNF2家族的染色质重塑因子,参与维持基因组DNA甲基化,在调控基因表达上发挥重要作用。本硕士论文主要研究水稻DDM1突变后对基因的DNA甲基化水平和转录水平的影响,以及其调控水稻株型的分子机理。1.DDM1突变激活水稻中低表达的基因和转座子实验室前期研究表明,水稻DDM1突变导致基因组DNA甲基化大量丢失和大量基因激活表达。进一步分析发现,突变体中表达上调的基因中低表达基因、中等表达基因和高表达基因分别有2710（93.00%）、179（6.14%）和25（0.86%）,这三类中转座子基因所占比例分别为64.1%、13.4%、0%,说明DDM1主要通过维持基因组的DNA甲基化抑制转座子和基因的表达。纯合突变体中甲基化的降低,导致水稻基因组中原本低表达的基因和转座子被激活,表达量升高,从而影响水稻株型。2.DDM1突变导致水稻叶夹角增大我们发现,45天的ddm1a/1b突变体的倒三、倒四叶角相对于野生型增大了337.18%、113.70%。发芽12天的ddm1a/1b突变体第二叶夹角对BL的敏感性增加。我们分析突变体全基因组DNA甲基化数据、转录组数据和RT-qPCR数据发现BR生物合成基因和编码BR信号途径正调控因子的基因启动子区域甲基化降低,其表达量升高。3.DDM1突变影响水稻穗表型和花药发育我们对突变体进行表型统计,发现成熟期的ddm1a/1b突变体穗长仅有野生型的一半,一级枝梗数明显减少,几乎没有二级枝梗,伴随着枝梗数的减少突变体颖花数目显著降低,且不能结实。我们分析ddm1a/1b突变体中与水稻穗发育的CKX家族基因的表达变化,发现OsCKX3、OsCKX4、OsCKX5和OsCKX8表达量显著升高,OsCKX11表达量降低。RT-qPCR显示野生型中OsCKXs表达量随着穗发育而降低,ddm1a/1b突变体幼穗中OsCKX2、OsCKX4、OsCKX7和OsCKX9的表达量显著升高,我们利用全基因组DNA甲基化测序数据,分析这些基因上DNA甲基化状态,发现OsCKX2、OsCKX4、OsCKX7、OsCKX8和OsCKX9启动子区CG、CHG和CHH甲基化水平降低。我们前期研究发现ddm1a/1b突变体的抽穗后子房能够膨大,但不能灌浆,最终不能形成正常种子。我们对野生型和突变体花药进行花粉碘染实验,发现突变体花药中不能形成成熟的花粉粒,导致雄性不育。我们对水稻花药进行了石蜡切片,发现ddm1a/1b突变体花药在有丝分裂时期花药绒毡层降解延迟,成熟花粉期突变体花药腔室内仍然存在未降解的绒毡层,小孢子发育迟缓不能形成成熟的花粉。RT-qPCR显示和绒毡层PCD相关的基因EAT1、CP1、AP37和API5表达量降低。此外,通过大量的石蜡切片我们还发现突变体花药总有1-2个花药腔室不能分化。本研究表明水稻DDM1在维持基因组的DNA甲基化抑制转座子和基因的表达方面发挥重要作用。DDM1突变后导致水稻中的BR相关基因表达发生变化影响叶夹角发育;影响细胞分裂素氧化酶家族基因表达导致水稻穗子发育异常;也影响花药发育相关基因表达,导致花药绒毡层降解延迟植株雄性不育。