气孔分布在植物的气生器官的表面,是植物与外界环境气体交换的重要通道。碳酸酐酶(CA1、CA4)、FLP等MYB类转录因子、EPF-TMM-SDD途径相关基因都是影响气孔发育的重要因子。水稻的两个亚种,粳稻和籼稻存在明显的气孔性状差异,但导致其性状差异的机理仍不明确。分离水稻气孔性状相关基因,并寻找基因在粳稻和籼稻中的差异,有助于进一步了解水稻气孔性状发育的分子机制。本研究选择典型粳稻和籼稻为研究材料,并利用比较基因组学方法,克隆OsCA1、OsCA4、OsFLP、OsSTO、OsTMM和OsSDD1基因,对其进行氨基酸结构分析和分子进化分析,并在粳稻和籼稻材料中鉴定SNP位点,并针对部分基因进行了过表达功能验证,具体结果如下:OsCA1基因来自1号染色体,它的全长为819 bp,编码273个氨基酸残基。粳籼稻材料的基因在碱基上是完全一致的。OsCA4基因的长度为1002 bp,编码334个氨基酸残基。两种材料基因对比结果表明,于第273个碱基上,粳稻品种碱基为T,籼稻品种碱基为C,于第504个碱基上,粳稻品种碱基为G,而籼稻品种碱基为C。G到C的突变并未导致其相对氨基酸的变化,故其为无效突变。OsFLP基因全长1617 bp编码539个氨基酸。粳籼稻基因序列比较发现,于第1396个碱基上,粳稻品种碱基为C,籼稻品种碱基为A。G到C的突变导致其相对氨基酸产生变化,粳稻品种是R(精氨酸)而籼稻品种是S(丝氨酸)。OsSTO基因位于1号染色体,其长度为896 bp,cNDA编码区372 bp,编码124个氨基酸。两种材料的基因对比结果表明,在第283个碱基位置,粳稻为T,籼稻为C;在第300个碱基上,粳稻为A,籼稻为T,不过都发现了内含子;OsTMM基因来自1号染色体,其长度为1485 bp,编码494个氨基酸。两种材料的基因对比结果表明,在该基因的第173个碱基位置上,粳稻为T,籼稻为C,在第1194个碱基位置上,粳稻为C,籼稻为G,C到G发生突变后,这一位置的氨基酸就会发生了改变,粳稻为Q(谷氨酰胺),籼稻为E(谷氨酸);OsSDD1基因处在12号染色体上,其长度为2192 bp,编码733个氨基酸,基因对比分析结果表明,在该基因第414个碱基位置上,粳稻为A,籼稻为G,导致了氨基酸残基的变化,粳稻为S(丝氨酸),籼稻为G(甘氨酸)。本研究还针对EPF-TMM-SDD1途径中的相关基因构建了真核表达载体,用农杆菌介导的方法将载体导入到水稻材料日本晴中,从而得到相应的转基因植株,测定转基因植株的气孔性状发现:EPF-TMM-SDD1途径中的相关基因在过表达后均导致转基因植株气孔密度下降,气孔长度增加,对于气孔宽度的影响并不显著,只是SDD1基因导致气孔宽度略有下降,证明了所克隆基因具有气孔性状相关的功能,为后续进一步分析SNP位点与粳籼稻气孔性状差异的分子机制奠定了理论基础。