高等植物的顶端发育与侧生器官的发生分化是非常重要的生物学问题,同时也关系到一些作物和经济植物的株型建成、收获器官经济系数的高低,因而成为近年来植物功能基因组研究中的一个热点领域。水稻不仅是一种重要的粮食作物,也是研究植物顶端生长和发育等重要分子生物学问题的模式生物。顶端发育主要受控于相互牵制与制约的基因、基因与激素之间的平衡关系,而WOX家族基因是植物所特有的,在拟南芥的器官发育中起着非常重要的作用,但在水稻中的研究还比较缺乏。因此本论文重点研究了WOX家族基因在水稻顶端发育中的重要作用。本论文以水稻WOX家族基因为对象,通过序列分析、基因克隆与分离、遗传转化等方法研究了该家族基因的结构、表达模式及生理功能,重点阐述了OsWOX11基因在水稻根顶端发育中的重要作用。取得的主要结果如下:1.获得到了WOX家族8个基因的全长cDNA序列,全部构建了超量和RNAi抑制转化表达载体,获得了转基因植株,并对转基因植株的阳性、拷贝数及表达量进行了检测。2.对该家族10个基因在明恢63中的表达谱芯片数据进行了分析,发现它们的表达都具有组织、器官特异性,该结果初步表明:水稻中WOX基因的表达可能都参与水稻顶端发育的调控。3.以OsWOX11基因的研究为重点。RT-PCR的结果显示:OsWOX11在根、茎分裂旺盛的部位及愈伤中高水平表达;原位杂交、OsWOX11启动子与报告基因GUS和GFP的融合试验表明它在根茎顶端的分生区、正在生长的冠根、侧根原基中表达,这说明OsWOX11基因参与了水稻根的发育。4.OsWOX11超量表达的转基因植株产生大量的地下冠根及在高位节和小花的基部的异位根;而抑制OsWOX11的表达和OsWOX11突变体的根系发育明显受到了影响,表现为生长缓慢、根数量进一步减少。OsWOX11不同基因型胚芽鞘节细胞学的观察表明OsWOX11可以影响冠根原基起始的快慢,但不影响其起始的数目。这些结果表明OsWOX11是调节水稻根系发育的一个非常重要的因子。5.通过对OsWOX11启动子上游2.5kb区域的序列进行分析,发现该区域有植物激素生长素、细胞分裂素、乙烯和脱落酸应答因子的作用位点;外源激素的处理可以诱导OsWOX11基因的上调表达,生长素和细胞分裂素应答因子也受OsWOX11基因的调节,说明OsWOX11是激素应答因子基因。6.凝胶阻滞(EMSA)实验证实OsWOX11可以直接结合在A-型细胞分裂素应答因子OsRR2的启动子上,说明OsWOX11可以直接调控OsRR2基因的表达。7.OsRR2在冠根发育中的表达模式也有力地证明了OsWOX11和OsRR2在水稻的冠根发育中相互调控。8.OsWOX11与糖皮质激素GR融合的转基因植株的诱导表达试验以及免疫共沉淀技术进一步证明,OsWOX11在植物体内直接抑制OsRR2基因的表达,OsRR2是OsWOX11直接作用的靶基因。通过以上问题的研究,充分证明了WOX家族基因在植物顶端发育中的重要功能,同时也揭示了水稻冠根发育的部分分子生物学机制。这些研究结果对水稻株型改良、分子育种有重要的实际意义,同时也对揭示生物进化过程中单双子叶植物顶端发育特别是根顶端发育的异同有重要理论价值。