摘要
植物多胺（Polyamines,PAs）主要包括腐胺（Put）、亚精胺（Spd）、精胺（Spm）和热精胺（T-Spm）等。多胺在细胞分裂、维管发育、花粉发育、果实成熟、衰老，以及生物胁迫和非生物胁迫响应中发挥重要作用。有研究表明，多胺合成酶基因介导的多胺动态平衡对植物生长发育有重要作用，如维管形成、胚胎发育、种子发育与萌发等。ACL5编码的热精胺合成酶催化Spd转化为T-Spm。拟南芥AtACL5的重要功能之一是参与根和茎的木质部发育调控。关于水稻OsACL5的生物学功能尚未见报道。本研究利用反向遗传学方法研究了OsACL5的生物学功能，主要取得如下结果： （1）利用启动子-GUS组织染色技术，发现OsACL5在胚根、胚芽、成熟种子的胚、叶枕、主根和主根中柱、侧根和侧根中柱、根毛、小穗以及茎的维管束中都有表达，说明OsACL5可能广泛参与水稻生长发育过程。 （2）利用水稻原生质体瞬时表达系统分析OsACL5的亚细胞定位，发现OsACL5-eGFP融合蛋白在细胞核、细胞质和细胞膜均有定位信号，说明OsACL5可能在细胞内多处发挥功能。 （3）利用CRISPR/Cas9基因敲除技术和过表达载体，获得osacl5敲除突变体和过表达转基因植株，过表达植株的T-Spm含量显著提高。农艺性状表型分析发现过表达植株株高变矮、粒长变短、粒宽变窄、千粒重下降，而突变体株高变高、粒长变长、粒宽不变、千粒重有所提高，说明OsACL5负调控株高和籽粒大小。 （4）在晴朗炎热（温度，38-43℃；湿度，28-39%；光强，1000-1350μmol/m2/s）时，OsACL5过表达植株的叶片呈环境依赖性向近轴侧卷曲，叶片卷叶指数（LRI）显著增大；而在凉爽的夜间或清晨，叶片恢复平展状态。振动切片分析发现，过表达植株叶片的中脉大维管束和中脉旁的第一个大维管束的后生木质导管面积减小。另外，石蜡切片结果显示，过表达植株根的后生木质部导管的数目减少，其总面积变小。表明OsACL5在水稻根、茎和叶维管的木质部发育中发挥功能。 （5）通过气相色谱（GC）测定乙烯含量，发现过表达植株种子的乙烯释放量下降。此外，ACC合成酶基因OsACS2和OsACS6在过表达植株中表达水平下降，而在突变体中表达上调。 综上所述，OsACL5负调控株高和籽粒大小，在水稻根、茎和叶维管发育中发挥功能。结果表明，OsACL5在合成T-Spm的过程中通过竞争性抑制乙烯的合成，介导多个水稻生长发育过程。本研究将OsACL5介导的多胺稳态与乙烯的合成途径联系起来，拓展了对多胺与传统植物激素的关系的认识。
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