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BBX基因家族是一类锌指蛋白转录因子,参与调控植物的光形态建成、避荫性、开花调控、生物和非生物胁迫等多个生长发育过程。水稻作为世界上主要的粮食作物和重要的生物学研究模式植物之一,对BBX基因功能的研究将进一步丰富水稻基因功能的研究。实验室前期通过转录组测序(RNA-seq)筛选水稻温敏不育材料浙大13S第5和6期的幼穗在高温(30℃)和低温(22℃)条件下的差异表达基因时,得到受温度诱导表达的OsBBX4基因。在此基础上,本研究对OsBBX4基因的特性、表达模式和亚细胞定位进行分析,通过CRISPR/Cas9和转基因技术获得13个OsBBX4基因敲除突变体,结合农艺性状分析OsBBX4基因在水稻生长发育过程中的调控作用。其主要研究结果如下:(1)对OsBBX4的核苷酸序列和氨基酸序列分析发现,OsBBX4含有两个外显子和一个内含子,编码的BBX锌指蛋白含有两个B-box结构域;qRT-PCR实验结果表明,OsBBX4在水稻叶片中高表达,同时低温可诱导OsBBX4的表达;对OsBBX4上游2kb的启动子序列分析发现,OsBBX4启动子片段含有41个顺式调控元件,包括低温响应元件、光响应元件、逆境响应元件和植物激素响应元件等;在5个禾本科和4个双子叶植物中共鉴定到20个OsBBX4的同源基因,其中OsBBX11与OsBBX4高度同源,系统进化分析表明禾本科和十字花科内部都进行了一次基因复制事件。蛋白互作网络分析发现OsBBX4与6个蛋白具有相互作用关系,其中OsHY5L1、OsHY5L3和OsCOP1这3个蛋白是OsBBX4与OsBBX11共同的相互作用蛋白。(2)通过CRISPR/Cas9基因编辑和转基因技术共获得13个T0代转基因编辑突变体,并且在T1代中可发生二次编辑作用,经过多代自交获得纯合无T-DNA插入的T3代osbbx4突变体。突变体植株在株高、每穗粒数、结实率和籽粒性状上与野生型相比都存在差异,其中穗长和穗下第一节长度的显著降低是株高显著降低的主要原因,粒长和百粒重显著降低,表明OsBBX4基因可能同时参与调控水稻的营养生长和生殖生长。(3)通过基因编辑获得的转基因突变体之一bbx4-8,高温下可育,低温下不育,表现为反温敏不育,但可育时结实率极低。通过反向PCR实验,确定T-DNA插入位于LOC_Os08g08330和LOC_Os08g08340之间的基因间区,同时未检测到脱靶,可能是由于84bp的缺失所致。(4)OsBBX4调控水稻对非生物胁迫的响应。在高盐胁迫处理下,OsBBX4的表达水平降低,但突变体和野生型表现出一致的生长状态;在甘露醇模拟干旱胁迫下,OsBBX4的表达水平逐步降低,同时敲除突变体的长势优于野生型,生长更好;在低温条件下,OsBBX4的表达上调,水稻的结实率和每穗粒数降低,而籽粒粒长和百粒重增加。综上所述,对OsBBX4基因特性分析发现该基因为单双子叶中保守的基因,通过CRISPR/Cas9敲除OsBBX4基因,发现OsBBX4参与调控水稻株高和籽粒性状,并且响应盐和干旱非生物胁迫。同时,获得一个反温敏不育突变体材料bbx4-8,低温不育,高温可育,为水稻杂交育种提供一定参考价值。