开花对于被子植物的繁衍至关重要,它能够保证生殖过程的顺利完成。双子叶植物和单子叶植物具有不同的开花机制,双子叶植物表现为花瓣的张开和闭合,而单子叶植物因为花器官结构的不同,因此常常表现为颖壳的张开和闭合。水稻是单子叶植物中的模式植物,也是重要的粮食作物之一,它的开花过程如果出现问题,会严重影响产量。前人的研究发现控制水稻开花的关键部位是位于内颖和外颖连接基部的浆片组织,它的膨胀和收缩导致颖壳的张开和闭合,但控制浆片运动的机制尚未得到明确的解释。控制水稻开花的因素很多,除了环境因素,包括光照、温度、湿度、机械刺激等,植物激素也能够影响水稻花发育,尤其茉莉酸被发现可以促进颖花的开放。本研究中,通过筛选籼稻9311的辐射诱变突变体库,我们获得了一个表型为开花紊乱且花后颖壳不能够正常闭合的突变体,命名为open glue1(og1),对og1进行了详细的表型鉴定,克隆了OG1,并对其调控颖壳开闭的机制进行了研究,具体结果如下:1.在营养生长阶段直至抽穗之前,突变体og1与野生型在表型上没有任何差异,包括株高,分蘖数,每穗粒数,但在开花时,野生型的小花集中在一天的上午10:00-12:00之间开放,随后正常闭合,整个小穗在3天内完成开花;而突变体og1的小花中,即使花药高度到达颖壳顶端,颖壳仍然没有张开,第一朵小花开放的时间要比野生型晚三天左右,并且随后出现开放随意,没有规律的现象,即在白天和晚上的任何时间都能够开花,并且整个小穗开花大约要持续一周时间。经统计发现,野生型一天中每个小穗平均开放的小花数目是85朵,而突变体只开放10朵小花,晚上平均开放19朵小花。突变体最为明显的表型就是开完花之后颖壳保持张开,不能正常闭合,最后种子灌浆受到影响,结出畸形、干瘪、易染菌的种子,每穗总粒重仅为野生型的40%。2.通过体视镜及透射电镜观察发现,突变体og1的颖壳不能够正常闭合的原因在于,开花后其颖壳基部的浆片组织不能够收缩,细胞内含物充实,TUNEL检测等也发现浆片保持活细胞状态,转录组分析以及荧光定量PCR检测均发现衰老标记基因的表达在花后og1浆片中下调,暗示了开花后浆片细胞的降解出现滞后,造成浆片不能够正常发生衰老,从而阻碍了颖壳的正常闭合。3.将og1突变体与野生型正反交获得的F2代群体用于遗传分析,发现正常闭合的植株与开颖植株的分离比符合3:1,说明突变性状由一对隐性单基因控制。将日本晴与og1杂交创建F2定位群体,利用图位克隆的方法获得目的基因OG1,它编码12-氧代植物二烯酸还原酶OsOPR7,一个参与茉莉酸(JA)生物合成途径的关键酶。突变体中OsOPR7第一个外显子多出了 4个碱基,造成移码,蛋白翻译提前终止。后续的转基因互补实验和RNAi干扰实验都验证了目的基因。4.氨基酸序列比对发现,OsOPR7的C端有保守的三个氨基酸,是过氧化物酶体的定位信号,亚细胞定位结果也证实了它定位在过氧化物酶体中,与过氧化物酶体的Marker蛋白PST1-RFP能够重叠。GUS染色及荧光定量PCR结果都显示OsOPR7在植株各个组织都有表达,在花器官各个组织的表达说明了它能够影响水稻花器官的发育。5.对野生型和突变体og1的内源茉莉酸含量测定发现,突变体中几乎没有茉莉酸的积累,说明了OG 的突变阻断了突变体中的茉莉酸合成途径。同时施用外源茉莉酸能够回补突变体og1花后颖壳不闭合的表型,且所需的最低浓度为50 μM。6.为了探究茉莉酸通过哪种途径调控水稻颖花的开放和闭合,我们首先测定了整个开花过程中野生型和突变体og1的浆片渗透压值,发现突变体og1在开花后保持较高的渗透压值,接下来对它们浆片中的内含物,包括各种可溶性糖(葡萄糖、蔗糖、果糖)以及金属离子的含量进行了测定,结果发现开花后突变体持续膨大的浆片中可溶性糖的含量很高,暗示可能是糖的外运障碍造成了浆片不能收缩,颖壳不能正常闭合。为了探明茉莉酸调控浆片糖代谢的分子机制,又对野生型和突变体og1开花后的浆片进行了转录组分析,结果发现,一类负责糖运输的SWEET家族转运蛋白编码基因(OsSWEET4,OsSWEET11,OsSWEET5,OsSWEET14,OsSWEET15)在突变体 og1 中表达量降低,尤其是野生型中的OsSWEET4在整个开花过程中的表达变化趋势与渗透压和可溶性糖含量的变化趋势均一致,暗示了OsSWEET 在开花过程中可能主要参与了茉莉酸调控的浆片糖代谢过程,进而影响到颖壳的正常闭合。