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杂草稻具有很强入侵性和环境可塑性,是一类水稻变种或变型,它在全世界稻区均有发生的报道,长期危害着世界范围的水稻生产。杂草稻同时拥有很强的环境适应能力,可以作为宝贵稻属植物基因资源用于栽培稻的遗传改良与育种实践。杂草稻一般都具有红色的果皮,因此又常常被称之为红米稻。水稻红色果皮主要是由Rc与Rd两个花青素相关通路基因来调控,且Rc基因起主导作用,Rd为辅助的增效基因。因此本研究应用基因编辑技术(CRISPR/Cas9系统)将典型粳型杂草稻WR04-6的Rc基因敲除,通过敲除系与野生型杂草稻WR04-6开展后续的萌发期萌发相关性状与苗期非生物胁迫相关性状的比较研究,进一步探讨红色果皮以及Rc基因对于杂草稻早期发育与环境适应性之间的关系。主要研究结果如下:1、本研究通过CRISPR/Cas9系统将WR04-6的Rc基因进行敲除,基于本文方法中介绍的载体构建与遗传转化流程,我们顺利的创制了杂草稻WR04-6的Rc基因敲除系,获得2个不同突变类型的纯合突变株系。2、通过对杂草稻WR04-6与其两个Rc基因的敲除系收获后萌发率比较测定可知。杂草稻的Rc基因对于休眠具有一定的遗传贡献,表明Rc基因对穗发芽具有一定的抑制作用,因此可以部分解释为何杂草稻普遍具有红色果皮。3、通过对打破休眠处理的杂草稻WR04-6和两个敲除系发芽势的测定发现,Rc基因敲除系的发芽势比杂草稻WR04-6的发芽势略小,且杂草稻WR04-6的发芽速率更快,敲除Rc基因的突变体发芽活力减弱。这表明Rc基因对萌发具有一定的促进作用。4、应用低氧胁迫下胚芽鞘长度来评价杂草稻WR04-6和Rc基因敲除系的实验结果表明,低氧环境下野生型Rc基因的杂草稻WR04-6比功能丧失型Rc杂草稻胚芽鞘的伸长速度慢。5、低温胁迫下两者的萌发率实验结果表明,Rc基因敲除系种子萌发慢于杂草稻WR04-6,且野生型杂草稻WR04-6最大萌发率较高,这表明Rc基因可能对胚在低温胁迫下具有一定的保护性。6、通过群体遗传学分析发现,尽管杂草稻种群具有最低的基因组范围内评价基因多样性,但在Rc基因区域杂草稻群体的多样性却相对较高,同时Rc基因在杂草稻群体中保持了100%的频率,这体现了环境对红米型杂草稻种群多样性个体的选择而非某个适应性个体的自然选择。综上所述,通过对敲除红色种皮Rc基因的杂草稻与野生型杂草稻WR04-6的种子萌发与苗期非生物胁迫性状比较研究发现,Rc基因在萌发阶段对于杂草稻种子的休眠与成苗具有重要作用,是一个环境适应性的关键多效性基因。