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稻被认为是全世界最重要的粮食作物之一,其种植面积占全球谷类作物种植面积的1/3,世界上约有一半的人口以稻米为主食。氮(N)素是作物从土壤中吸收量最多的元素,其对作物的生命活动和产量形成具有重要意义。细胞自噬是细胞内物质的一种降解途径,降解后的分子能在细胞的生命活动中被循环利用。有报道表明在拟南芥中发现31个ATG基因,植物部分自噬基因存在多拷贝现象,酵母中涉及ATG8结合途径的基因在拟南芥基因组中都含有至少一个同源基因,在水稻中OsATG8家族的同源基因有五个,分别命名为OsATG8a/b/c/d/e。本试验以水稻自噬相关蛋白基因OsATG8a为研究对象,利用超表达技术获得OsATG8a超表达转基因材料;通过RT-PCR、qRT-PCR、Southern blot等方法分析转基因材料超表达效果;田间试验分析转基因材料的产量性状以及水培试验对转基因材料进行氮磷利用分析,详细研究了水稻OsATG8a基因的生物学功能,所获得的主要研究结果如下:1.生物信息学分析表明OsATG8a/b/c基因分别位于水稻基因组的第七、四、八号染色体上,均含有五个外显子和四个内含子。编码区(即开放阅读框ORF)分别为360 bp、360 bp、362 bp,分别编码了 119、119、120个氨基酸。研究发现在1.25 mM NH4NO3处理下,根系和地上部OsATG8a/b/c的表达比低氮条件下要降低;在低P两周的处理后地下部OsATG8a的表达相对于正常P处理条件下上调,这表明根系OsATG8a受低氮低磷条件诱导表达。2.通过水稻转基因得到了独立的单拷贝OsATG8a的超表达转基因水稻材料。在分别供给 1.25 mM NH4NO3,0.125 mMNH4NO3,2.5 mMNH4+和 2.5 mMNO3-作为氮源处理2周下,四周苗期大的OsATG8a超表达株系较野生型生物量明显降低。对植株总氮量分析发现,OsATG8a超表达转基因株系在这四种条件下较野生型均显著降低。对植株总氮在地上部和地下部分配的情况分析发现,在0.125 mMNH4NO3条件下,超表达材料在地下部氮积累与地上部氮积累的比值较野生型显著降低。田间低氮试验表明,Os/ATG8a基因超表达导致水稻植株生长变矮,对农艺性状统计分析发现OsATG8a基因超表达表现出株高显著降低,分蘖增多,结实率显著小于野生型。成熟后的植株全氮含量分析结果表明,超表达株系在茎秆中的含氮量明显高于野生型,OsATG8a超表达显著降低水稻氮转运率和收获指数。这说明OsATG8a基因过量表达在苗期的生物学作用不同于生长后期,我们推测在生长后期OsATG8a基因过量表达使氮素在茎秆中再循环增加,但降低了氮从茎秆向籽粒中的运输。3.同时在上述试验中还检测了磷分布,同时增加了低磷和低氮低磷处理。试验结果表明在所有处理中OsATG8a超表达株系的地下部磷含量明显低于野生型,地上部则只在1.25mMNH4NO3(0.3mMKH2PO4)正常供磷条件显著降低,其它条件下差异不显著。植株全磷在地上部和地下部分配情况发现所有处理中的超表达株系地下部磷积累量与地上部磷积累量比值明显下降。田间磷浓度分析表明,扬花期中超表达材料在叶片和穗中的磷浓度明显高于野生型,成熟期超表达材料在茎秆中的磷浓度显著高于野生型。这说明OsATG8a过量表达导致了磷素分配发生了改变,使磷素主要积累在的茎秆中。综上所述,水稻自噬相关蛋白基因OsATG8a在水稻根系受低氮低磷诱导表达,过量表达该基因在低氮低磷条件下增强了水稻氮磷从根系向地上部的转运但降低了氮磷从茎秆到籽粒的转运效率。