摘要
水稻直播是一种精简、省工、省力的栽培方式，缓解了我国农业生产劳动力季节性紧张的问题。然而，目前生产中直播水稻存在着出苗率低、出苗不整齐等问题，进而影响水稻产量。水稻中胚轴和胚芽鞘长度是影响水稻幼苗破土出苗的关键性状，中胚轴和胚芽鞘长度相关基因的鉴定可以为利用分子手段加速改良或培育具有长中胚轴和胚芽鞘的耐直播水稻新品种奠定遗传基础。本研究对水稻热精胺合成酶基因OsACL5进行了功能解析，发现其负调控粒重和单株产量。同时，OsACL5负调控水稻中胚轴和胚芽鞘长度，进而影响水稻直播出苗率，为培育耐直播水稻材料提供了基因资源，具体研究结果如下: 1.qPCR和GUS染色结果表明，OsACL5在水稻各个组织中均有表达，在节中表达量最高，在叶片中表达量最低，并且在不同幼穗发育阶段，表达量呈现出先升高后降低的趋势。 2.亚细胞定位结果表明，OsACL5蛋白主要定位于细胞质和细胞核中。 3.构建了OsACL5基因两个CRISPR/Cas9敲除突变体osacl5-1和osacl5-2，以及两个过量表达株系OsACL5-OE-1和OsACL5-OE-2，并进行农艺性状进行考察。发现敲除OsACL5会提高水稻不同节间的节间长，进而导致株高显著增加;而过量表达OsACL5会导致株高的降低。敲除OsACL5还会增加水稻倒一、倒二和倒三节间的茎秆粗度;而过表达转基因系的茎粗则显著的低于野生型。 4.与野生型相比，敲除突变体的千粒重明显增加，而过表达转基因株系的千粒重显著降低，说明OsACL5负调控水稻籽粒大小和粒重。扫描电镜分析表明，OsACL5负调控水稻颖壳的细胞大小，进而影响水稻籽粒大小和千粒重。 5.2020年，osacl5-1和osacl5-2的单株产量比野生型分别增加了21.9％和19.7％，而过量表达株系OsACL5-OE-1和OsACL5-OE-2单株产量分别降低了22.2％和41.2％;2021年，osacl5-1和osacl5-2的单株产量比野生型分别增加了22.2％和16.4％，而两个过量表达株系单株产量分别降低了25.1％和37.2％。以上结果表明OsACL5负调控水稻单株产量。 6.在不同深度土壤中直接播种，观察出苗率。发现在5厘米的土壤中播种9天后，野生型种子的出苗率是66.5％，两个过量表达株系出苗率为41.7％和52.7％，而两个突变体种子的出苗率分别为80.3％和83.0％。说明OsACL5负调控水稻直播出苗率。进一步发现，突变体种子的中胚轴和胚芽鞘长度均极显著高于野生型，推测OsACL5负调控水稻直播出苗率是通过影响水稻中胚轴和胚芽鞘的伸长来实现的。
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