目录
摘要1
关键词1
Abstract2
Key words2
引言3
1 材料与方法5
1.1 ossut4缺失突变体材料的构建 5
1.1.1 OsSUT1、3、4、5基因的CRISPR/Cas9定点突变载体构建5
1.1.2 遗传转化 5
1.1.3 鉴定转基因苗 6
1.2 测定叶片淀粉、可溶性糖含量7
1.3 叶片光合作用的测定7
1.4 试验材料的种植和取样 7
2 结果与分析 8
2.1 OsSUT4基因突变后对株高、分蘖数与产量的影响8
2.2 OsSUT4基因突变后对叶片中糖、淀粉含量昼夜变化的影响9
2.3 OsSUT4基因突变后对叶片光合作用的影响10
2.4 OsSUT4基因突变后对灌浆生理的影响 11
3 讨论12
致谢13
参考文献13
水稻蔗糖转运蛋白OsSUT4参与韧皮部装载的功能研究
摘 要
【目的】蔗糖转运蛋白在蔗糖从“源”到“库”的运输过程中发挥主要作用，对调控植物的生长发育至关重要。目前水稻基因组中已经鉴定出5个SUT编码基因，即OsSUT1、OsSUT2、OsSUT3、OsSUT4和OsSUT5，目前关于OsSUT4在蔗糖转运过程中所起的作用尚不明晰，所以将其作为本研究重点关注的主要问题。【方法】本研究基于水稻韧皮部属于质外体装载的立论,应用CRISPER/Cas9技术构建水稻OsSUT4突变体，对其功能进行了研究。【结果】OsSUT4突变后，水稻株高降低,分蘖数增加，源端蔗糖、淀粉出现积累，光合同化物转运受阻，净光合速率下降，库端籽粒灌浆延迟且不足，最终导致产量的下降。【结论】OsSUT4的缺失使水稻韧皮部蔗糖装载受阻，由于蔗糖供应不足，并进一步影响水稻的灌浆生理，说明水稻蔗糖转运蛋白OsSUT4在蔗糖韧皮部装载和籽粒韧皮部卸载等过程中发挥关键作用。研究可为今后水稻生产上改良新型源库关系提供理论依据，提出今后蔗糖转运蛋白应用研究中需要关注和加强的方向，为进一步指导水稻超 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072# 
高产育种提供理论基础。
引言
水稻作为主要的粮食作物已有7000多年的历史，现如今更是全球过半人口赖以生存的粮食[1]。自有历史以来，远古时期的人类就学会种植水稻，从游牧生活转变为定居生活。我国最早的水稻种植开始于黄河流域。随着一个一个朝代的更替，水稻种植技术也不断发展。从一年一熟，到宋代长江流域的一年两熟或者三熟，从铁犁牛耕到精耕细作。北魏贾思勰的《齐民要术》详细记载了古代劳动人民的一系列生产实践。正是农业的发展推动了人类的发展。如今全球人口数量不断攀升，气候变暖加剧，水土流失逐年严重，耕地面积减少，所以提升水稻产量刻不容缓。仅扩大种植面积已不能满足水稻增产的需要，只有提高水稻单产，利用有限的资源不断提高产能，才能从根本上解决水稻增产问题，为人类未来的生存之道提供坚实保障。
光合同化产物蔗糖为水稻产量形成奠定基础，也是碳水化合物长距离运输的主要形式。这与蔗糖的性质有关：蔗糖溶解度高，在韧皮部汁液中浓度可高达1600mmolL1；蔗糖的非还原性有利于在运输过程中保持稳定；蔗糖可以产生很高的渗透势[2]。植物光合固定的碳水化合物有的直接被用于细胞代谢，有的经过加工，制成淀粉，储存在叶绿体中，还有的以蔗糖的形式储存在液泡中[3]。其中大部分光合作用产生的碳水化合物直接通过韧皮部装载，运送到植物体的各个代谢组织和器官中。韧皮部由三部分组成：筛管、伴胞和薄壁细胞。筛管通常和伴胞配对，组成筛管分子伴胞（SECC）复合体。蔗糖进入韧皮部后，会通过维管组织运输供给库端（根、幼叶、籽粒等）器官的代谢和生长[45]。水稻中生产、输出同化物的组织和器官叫做“源”，接受、利用或储存同化物的组织和器官叫做“库”[67]。
从“源”到“库”有三个过程：“源”器官卸载、韧皮部长距离运输和“库”器官卸载[8]；总共涉及两种途径：共质体途径、质外体途径。共质体途径不跨膜，蔗糖通过胞间连丝装载进入韧皮部，再由胞间连丝卸载入库。质外体途径则要跨膜，整个过程依赖于膜上的蔗糖转运蛋白（sucrose/H+ cotransporters 或sucrose transporters，SUCs或SUTs）。SUT主要行使蔗糖从“源”到“库”的质外体运输，在蔗糖的感应、韧皮部长距离运输、“源”器官装载、“库”器官卸载等过程中都发挥着重要作用[9]。
在生产实践上，我们常种杂交水稻来提高产量，杂交水稻能发挥父本和母本植株的优点，抗倒伏，抗病性强，综合性状优越。培育大穗型水稻也是增产增收的常用选择。大穗型水稻品种库大，但源、流不足，所以有灌浆障碍，结实率低，空、瘪粒比例高[1012]。所以充分利用光合同化物蔗糖，使其更多地向籽粒运输，已经成为实现高产的主要方法。源流若是协调，同化物的运输便可畅通无阻，不仅运输速度变快，蔗糖还能及时供应植株生长发育的需求。因此，阐明水稻叶片蔗糖是如何装载到韧皮部，不仅有助于理解同化物的运输生理过程，而且也为后续更精确的运用生物技术和分子育种来提高源流效率提供理论基础。
在水稻中共有五种主要蔗糖转运蛋白OsSUT1、OsSUT2、OsSUT3、OsSUT4和OsSUT5[13]。在水稻中，前人对OsSUT1的功能研究相较于剩下四个蔗糖转运蛋白基因来说，较为深入。OsSUT1水稻中最早检测出来的基因，也是影响水稻灌浆的关键基因，OsSUT1的表达在叶鞘、叶片、萌发的种子和圆锥花序中均可检测到[1415]。在种子发芽阶段，OsSUT1的表达量比其他四种OsSUTs高，研究表明，OsSUT1不会直接参与种子盾片上皮细胞及糊粉细胞之间的蔗糖转运，而是在角质维管束、伴胞中进行表达，通过控制韧皮部的装载，来影响根和芽的形成[16]。在水稻灌浆阶段，OsSUT1能在韧皮部、花茎和第一节间中检测到，说明OsSUT1为转运必需的蔗糖。研究表明，抑制OsSUT1的表达会影响籽粒饱满程度[17]。由此可推测出OsSUT1是影响水稻灌浆的重要基因。除此之外，OsSUT1的表达和水稻盐胁迫应答也有关系，部分抑制其表达，可改善盐胁迫状态下水稻根系代谢消耗综合症[18]。这些证据表明，OsSUT1可能在质外体韧皮部装、卸载中起重要作用[1924]。OsSUT2作用于蔗糖从源细胞进入SECC复合体和蔗糖进入库细胞的过程，在蔗糖从液泡向叶肉细胞转运过程中扮演重要角色。OsSUT2突变后，叶片可溶性糖积累，向外输出减少,库端蔗糖供应不足，最终导致植株株高降低、分蘖数减少、产量下降[25]。OsSUT3与OsSUT5的表达模式类似。OsSUT3表现为对蔗糖的高亲和性、低容量，并且在库叶片中表达量较高，对于OsSUT3定位后，发现其在花粉中大量表达，表明OsSUT3可能在蔗糖进入花粉细胞过程中起着不可或缺的作用。而OsSUT5在生殖器官等库组织中表达量最高，在发芽的种子中最低，和作物产量形成有关。若用OsSUT2和OsSUT5转化马铃薯，能发现OsSUT2对产量的贡献率高于OsSUT5[2627]。现在对OsSUT4的功能研究比较少，目前还少有专门的研究进行报道。

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