本论文包括两部分研究内容,第一部分为水稻花器官调控基因OsARF19的分子鉴定和功能分析,第二部分为水稻粒型基因DSS(Decreased Seed Size)的图位克隆和功能分析。第一部分:水稻是世界重要的粮食作物,其花器官的正常发育对籽粒产量和品质至关重要。水稻花器官的发育除了受“ABCDE”模型调控,还受到植物激素生长素的影响。但是目前生长素调控花器官发育的机制还不太清楚。本研究从一个T-DNA插入突变体库中筛选到一个花器官发育突变体osarf19,表现为颖壳发育异常和株高增加。通过对OsARF19的分子鉴定和功能分析,为进一步揭示生长素调控花器官发育分子机制和株型改良提供了有力证据。主要结果如下:1.对一个花器官发育异常的T-DNA插入突变体进行插入位点鉴定,发现T-DNA插在水稻生长素响应因子OsARF19上,导致OsARF19转录受到抑制。因此该突变体是OsARF19功能缺失突变体,命名为osarf19。2.与野生型相比,osarf19的部分花器官发育异常,主要包括3种异常花器官:多稃型、不闭型和退化型,且花器官异常导致osarf19小穗育性不同程度降低。此外,osarf19植株株高增加,基部节间伸长。3.进一步构建OsARF19RNAi转基因株系,发现抑制OsARF19的转录,可导致部分花器官发育异常,出现多稃型、不闭型、退化型3种类型的异常花器官,同时表现为株高增加等表型。因此,进一步确认OsARF19功能丧失,导致osarf19的突变表型。4.通过对茎秆细胞的扫描电镜和石蜡切片观察,发现osarf19的细胞长度较野生型显著增大。基因定量分析发现,突变体中,细胞壁合成相关基因表达上调,细胞周期相关基因表达下调。这些结果表明osarf19株高增加是由于细胞伸长,而不是细胞数目增加导致的。5.组织表达和GUS染色分析表明,OsARF19在根、茎、叶、穗中都有表达,且在幼穗、基部节间、叶片表达相对较高,这与OsARF19参与调控特异组织发育的功能是一致的。亚细胞定位结果表明OsARF19蛋白定位在细胞核。6.通过qRT-PCR分析发现osarf19中生长素合成(OsYUCCAs)、运输(OsPINs)、信号(OsARFs)相关基因表达上调,生长素失活(OsGHs)相关基因表达下调,表现出生长素响应增强的结果,同时花器官发育基因OsMADS29和OsMADS22在突变体中异常表达,可能是突变体花器官发育异常的原因。第二部分:水稻粒型是一个非常复杂的性状,它决定了水稻的产量和品质。本研究中,dss是从粳稻品种Nanjing35(NJ35)通过60Co辐射诱变后的群体中筛选到的一个小粒突变体,同时株高变矮,分蘖数增加。通过基因的图位克隆和功能分析,揭示了突变体dss粒型变异的遗传和分子机制,为揭示水稻粒型调控的复杂分子网路和进一步提高水稻产量提供了理论依据。主要研究结果如下:1.与野生型相比,dss籽粒粒长变短,粒宽变窄,粒重减小。此外,dss还表现出株高变矮,各个节间缩短,分蘖数增加等表型。通过颖壳表皮细胞和薄壁细胞的扫描电镜观察及石蜡切片观察,发现突变体中细胞数目明显减少,而细胞大小不变,表明细胞数目减少是突变体出现籽粒变小的主要原因。2.通过将突变体与NJ35,构建分离群体,遗传分析表明该粒型位点突变属于单基因隐性突变,通过精细定位,将dss定位在第3染色体长臂140kb的区间内,测序发现,在dss突变体中存在约18kb的片段缺失,根据日本晴的序列,该片段存在3个基因,将这三个基因作为候选基因,进行转基因干扰和过表达分析,结果证明ORF13编码控制籽粒大小的基因DSS。3.蛋白序列比对和进化树分析表明,DSS编码一个含有473个氨基酸的蛋白,N端具有7个跨膜结构域,C端包含一个C3HC4类型RING结构域。通过体外泛素化试验,表明C端的RING结构域具有E3泛素连接酶的活性。4.组织表达以及GUS染色分析表明,DSS在根、茎、叶、穗等组织中均有表达,且在幼穗中表达量较高。在水稻原生质体中,DSS定位在内质网,并且DSSN端的7个跨膜结构域对其亚细胞定位起决定性作用。5.对已知粒型调控基因进行qRT-PCR分析,发现BG2和GS5在DSS干扰植株中表达显著下调,而在过表达植株中显著上调,暗示DSS和BG2或GS5在调控籽粒大小方面可能存在相互联系。