水稻(Oryza sativa L.)是全球最重要的粮食作物之一,也是人类主要的食物来源之一。据联合国粮农组织统计的数据,全球有超过30亿人依赖水稻作为主要粮食来源。尤其在亚洲地区,水稻是人们餐桌上不可或缺的食物,同时也是农民重要的经济来源。然而,由于气候变化、人口增长等因素的影响,全球粮食安全问题日益严峻,如何提高水稻产量和Cephalomedullary nail质量,成为全球育种学家研究的重要目标。并且,水稻作为一种模式植物,其在遗传学和分子生物学的研究范围内,为植物科学领域的发展做出了重要贡献。因此,深入研究水稻的生物学特性、生长发育规律、产量和品质的调控机制,不仅有助于提高水稻产量和质量,保障全球粮食安全,也有助于推动植物科学的发展,为其他作物(例如:油菜和玉米等经济作物)的研究提供借鉴和启示。本研究中所使用的两个突变体材料都是来自于实验室自主诱导的,通过诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)处理而得到;其中一个突变体osnsl2(narrow-stripe leaf力是通过EMS对籼型恢复系水稻缙恢10号(J10)处理后筛选而得到;另一突变体oscpp1(carbohydrate partitioning protein1)是通过EMS对某一保持系水稻西农1B号进行处理后经过筛选而得到。另一方面,通过对osnsl2进行表型分析、细胞学观察、图位克隆、亚细胞定位、dNTP含量测定、流式细胞仪分析和qRT-PCR分析等,探究osnsl2叶片变窄的原因。另一个突变体oscpp1,实验室前期已经对其进行了遗传鉴定,图位克隆,互补验证,发现oscpp1是一个显性的碳水化合物分配缺陷的突变体,并且之前已经对OsCPP1调控碳水化合物的分配进行了功能分析,本论文将对OsCPP1如何调控叶夹角进行相关研究,通过表型分析和细胞学观察,发现了oscpp1叶枕部位的厚壁细胞层数和数量减少,同时通过qRT-PCR分析,发现OsCPP1在叶枕部位具有较高表达,并且通过酵母双杂和双分子荧光互补实验进行验证,OsCPP1与纤维素类合酶家族蛋白CSLA6存在互作关系。主要研究结果如下:1.窄叶突变基因OsNSL2(1)实验室前期已成功地从水稻J10经过EMS诱变产生的突变体群体中分离出了窄叶条纹突变体osnsl2。通过统计观察,发现相比于WT(wildtype),osnsl2的剑叶、倒二叶和倒三叶的叶片宽度显著减小,而叶片长度无显著差异。为研究叶片宽度减小的原因,在孕穗期对叶片中部进行了形态学和组织学观察,通过石蜡切片和扫描电镜BI 10773 IC50发现osnsl2的大、小叶脉平均数量显著减少。通过光学显微镜观察,发现osnsl2中沿叶宽方向的细胞数量显著减少,而细胞宽度保持不变。这些观察结果表明,叶片宽度减小可能是由于沿叶宽方向的细胞数量减少所导致的。(2)实验室前期已将OsNSL2基因定位在第6号染色体的短臂,本研究中,利用F2代遗传群体中1500个隐性单株进行精细定位。最终将OsNSL2定位在第6号染色体,Indel6-1和Indel6-2之间,物理范围51 kb。对定位在区间内的10个注释基因全部进行DNA测序比对,发现osnsl2在LOC Os06g14620(编码核糖核苷酸小亚基)基因中存在一个G到A的单核苷酸突变,造成所编码的氨基酸由甘氨酸(Gly)变为丝氨酸(Ser)。进一步通过将WT中的LOC Os06g14620片段(包括上游2000 bp的序列、1020 bp的编码框序列和下游899 bp的序列)转入突变体osnsl2愈伤组织,发现osnsl2的表型在阳性互补植株中恢复,结果表明LOC Os06g14620就是OsNSL2基因。(3)基于图位克隆和遗传互补实验,OsNSL2编码核糖核苷酸还原酶(RNRs)的一个小亚基,通过构建系统进化发育树,发现在单子叶和双子叶植物中OsNSL2所编码的核糖核苷酸还原酶小亚基具有比较保守的生物学功能,同时在水稻中OsNSL2与另一个编码核糖核苷酸还原酶小亚基的LOC_Os06g03720同源关系较近。(4)利用qRT-PCR分析OsNSL2的表达模式,发现OsNSL2在根、茎、叶、鞘和穗均有表达,但在叶片中表达量最高;同时构建了 p35S::OsNSL2-GFP融合表达蛋白,通过水稻原生质体瞬时表达发现,在细胞核与细胞质中能检测到绿色荧光信号,表明OsNSL2定位在细胞核与细胞质。(5)通过测定WT和osnsl2中的dNTP含量,发现osnsl2的dNTP含量下降,进一步通过流式细胞仪分析和细胞周期相关基因的表达分析,发现osnsl2细胞周期减少。结果表明,dNTP的含量减少,导致DNA合成受阻,进而影响细胞周期,最终导致细胞数量减少,叶片变窄。2.OsCPP1调控水稻叶夹角(1)通过对WT和oscpp1苗期、分蘖期和成熟期的叶夹角观察与统计,发现oscpp1叶夹角在苗期时与WT无明显差异,分蘖期时oscpp1叶夹角度数达到44.5°,WT度数达到27.6°,oscpp1达到WT的161%,oscpp1叶夹角度数极显著大于WT;成熟期时oscpp1叶夹角平均度数达到53.1°,WT度数达到18.7°(n=20),oscpp1叶夹角度数达到WT的283%,oscpp1叶夹角度数极显著大于WT。石蜡切片观察发现,oscpp1叶枕处远轴端和近轴端的厚壁细胞数目、细胞层数与近远轴端的距离都极显著小于WT,表明oscpp1叶夹角度数增大是叶枕处近远轴的细胞数目、细胞层数和距离减少导致的。(2)通过构建pGBKT7-CPP1诱饵载体,进行水稻cDNA文库筛选,寻找其互作蛋白。并通过比对克隆序列,最终筛选到了与OsCPP1互作的纤维素类合酶家族蛋白CSLA6。因此,OsCPP1通过与CSLA6相互作用协同调控纤维素的合成,进而参与调控叶夹角的形成。(3)通过酵母双杂发现OsCPP1与CSLA6的三个与纤维素合成相关的结构域都互作,同时BiFC也表明OsCPP1与CSLA6互作,说明OsCPP1通过影响纤维素的合成,影响叶夹角变大。(4)通过对叶枕部位的纤维素含量分析,显示oscpp1叶枕部www.selleck.cn/products/Fulvestrant位纤维素含量仅是WT的70.7%,极显著低于WT;同时纤维素合成相关基因CESA1、CESA4、CESA7、CESA8、CESA9在oscpp1叶枕部位的表达量均极显著下降。