水通道蛋白是一类参与维持细胞水分稳态的膜转运蛋白。OsAQP（EF495246）是本实验室前期从水稻幼穗c DNA文库中分离的液泡膜内在蛋白类水通道蛋白的编码基因,在水稻根和地上部分均有表达,且高盐和干旱均能诱导其表达量上调。为鉴定该基因的功能,实验室构建了OsAQP过表达转基因水稻和拟南芥,发现OsAQP过表达能够促进转基因水稻和拟南芥种子的萌发、增强转基因植株生长过程中对盐胁迫的耐受性。本文以OsAQP转基因拟南芥、OsAQP过表达水稻以及采用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建的OsAQP基因敲除水稻为材料,开展对该基因在干旱胁迫和粒型控制中的功能鉴定。对干旱胁迫下OsAQP转基因拟南芥的研究发现,在梯度干旱胁迫处理下,转基因拟南芥的萌发率和绿化率显著高于对照（WT）,说明该基因过表达能够提高萌发阶段对干旱的耐受性。在幼苗期,对干旱胁迫下气孔开闭状态的统计学分析发现,WT和三个转基因株系开放的气孔占比分别为72.61%、72%、55.28%和68.58%,转基因拟南芥开放的气孔数量更少。对气孔开合度的统计学分析显示,WT和三个转基因株系在干旱胁迫下气孔长宽比分别为2.9、3.8、5.0和4.8,且三个转基因株系的气孔长宽比显著高于WT。说明OsAQP异源过表达一定程度上增强了拟南芥幼苗对干旱的耐受性,这可能与诱导气孔关闭、降低气孔开放程度,从而减少水分散失有关。对干旱胁迫下OsAQP过表达水稻种子萌发和幼苗生长的检测显示,在种子萌发第72h时,野生型和OsAQP过表达水稻三个株系的种子萌发率分别为46.9%、81.7%、80.6%和64.8%,即OsAQP过表达水稻在干旱胁迫下表现出更高的萌发率和萌发速率。在萌发第168h,OsAQP过表达水稻胚芽鞘长和根长平均比野生型高88.0%和87.5%,且差异达到极显著水平,说明该基因过表达有助于提高种子在萌发阶段对干旱的耐受性,促进萌发和生长。对幼苗期干旱耐受性的检测显示,OsAQP过表达水稻幼苗的根长、地上部分鲜重和根鲜重均比野生型高。说明OsAQP过表达也能够增强水稻幼苗生长阶段的干旱耐受性。利用CRISPR/Cas9技术构建了OsAQP基因编辑水稻,并筛选得到2种纯合突变体（osaqp-2,osaqp-8）。编辑靶点测序结果显示,osaqp-2在靶位点处插入碱基“A”,osaqp-8在靶位点处缺失碱基“C”,造成该基因发生移码突变和无义突变,预期都将生成截短蛋白（仅含N端163和46个氨基酸）,达到了基因敲除的目的。对OsAQP过表达水稻和敲除水稻的农艺学性状统计显示,OsAQP过表达三个株系的千粒重分别是22.78g、22.75g、22.53g,OsAQP敲除水稻两个株系的千粒重分别是26.58g和27.24g,相较于野生型平均千粒重26.33g,OsAQP过表达水稻千粒重极显著低于野生型,而OsAQP敲除水稻千粒重显著高于野生型。对转基因水稻籽粒粒型进行统计学分析,发现与野生型相比,OsAQP过表达水稻粒长、粒宽、粒厚均降低,而OsAQP敲除水稻粒长和粒宽增加、粒厚变薄,以上结果说明OsAQP与水稻粒型控制相关。在受精后第5-30天,比较颖果的形态和长宽,发现与野生型相比,OsAQP过表达水稻颖果更短更窄,而OsAQP敲除水稻颖果更长更宽,提示转基因水稻粒型的变化可能与颖果的早期发育有关。对粒型标记基因在转基因水稻幼穗中的表达进行检测,结果显示,籽粒大小正调控基因GW6a、GW8、GS2和GLW7在过表达水稻中的表达量均显著下调,籽粒大小负调控基因TGW6、GW2和DEP1在敲除水稻中表达显著降低,提示转基因水稻粒型的变化与粒型相关基因表达水平的改变,影响细胞增殖和扩张有关。进一步对转基因水稻颖壳进行石蜡切片分析,结果表明,OsAQP过表达水稻种子颖壳外围长度和细胞数量减少,敲除水稻颖壳外围薄壁细胞数量增加。本研究以OsAQP转基因拟南芥和过表达水稻为材料,鉴定该基因与干旱耐受的关系,发现该基因过表达有助于干旱胁迫条件下种子的萌发和幼苗生长,其细胞学基础在于对气孔开闭的调控。采用基因编辑技术构建了OsAQP敲除水稻,利用过表达水稻和敲除水稻开展该基因和粒型控制关系的研究,发现OsAQP基因与水稻颖果的发育、颖壳细胞的增殖与伸长等过程有关,本研究为后续深入研究该基因在干旱应答以及颖果发育过程中的作用机制奠定了基础,同时也为水稻重要农艺性状定向设计与改造提供了新的思路。