水稻是世界三大粮食作物之一,同时也是单子叶植物研究的模式植物。产量育种是水稻育种的核心,“每穗粒数”是水稻等禾本科粮食作物产量构成的核心因素之一。各种“穗形态性状”,包括各级枝梗数目、长度以及其上小穗（颖花）的着生密度等,最终都会影响每穗粒数进而影响水稻产量,同时花器官形态也会影响水稻产量。所以,水稻花穗发育与产量关系密切,相关研究具有重要意义。本研究报道了一个与水稻穗发育相关的突变体mμlti-spikelet panicle（msp）,对其进行了表型分析、组织学和细胞学观察、目的基因图位克隆和功能验证、表达模式和调控机理等研究,主要结论如下:1.msp突变体形态学和组织学分析在msp突变体中,花序（穗）形态与野生型相比在较下位的节中产生更多的一次枝梗并且一次枝梗上产生更多二次枝梗,这使小穗的总数增加到平均每穗274个,远远超过了野生型每穗的188个。尽管由于突变体中籽粒变小使籽粒百粒重降低,但每穗穗粒数的增加仍使msp突变体的单株产量显著提高。通过对msp突变体和野生型小穗进行表型观察及组织学分析发现,与野生型相比,msp突变体还出现了护颖伸长类似于外稃和内稃主体的同源异型转变,且副护颖也发生了向护颖或外稃的同源异型转变。2.MSP基因的定位msp突变性状由一对隐性核基因控制,利用SSR标记将其定位在了第三染色体RM6781和RM15937之间。3.MSP基因的图位克隆在定位区间内通过DNA和c DNA测序,发现编码MADS-Box保守结构域蛋白的Os MADS34基因在突变体中编码框第134位密码子发生由T到A的碱基置换,从而导致MADS-Box保守序列（第45位氨基酸）的改变。进一步构建互补载体转化突变体愈伤组织,植株突变表型恢复,确定MSP基因就是Os MADS34。4.MSP基因的表达模式分析通过qPCR检测MSP基因在水稻抽穗期不同部位的表达情况,结果表明其在水稻幼穗、护颖、副护颖及雌蕊中均表达强烈,在分蘖芽和雄蕊中也有一定的表达,而在根、茎、叶、鞘以及其他花器官中表达很弱。5.水稻穗发育和花发育相关定量分析参与启动和/或维持分支发育的一些基因MOC1,Os CKX2/Gn1a和TAW1等在msp穗中上调;同时发现MSP具有转录抑制子活性,推测MSP基因可能参与这些基因的表达抑制,从而促进了花序分生组织向小穗分生组织的转变。花器官特征基因定量分析显示外稃特征基因DL在伸长的护颖和副护颖中表达明显上调,推测MSP基因参与基因表达调控来决定护颖和副护颖的特征发育。6.MSP基因参与穗发育调控的分子机制研究Os MADS34属于MADS-Box家族转录因子,通过双荧光素酶报告体系实验发现其具有明显的转录抑制活性。进一步通过酵母双杂交验证,Os MADS34能够与转录共抑制子LEUNIG和TOPLESS发生相互作用。该结果表明Os MADS34可能与转录共抑制子互作募集组蛋白去乙酰化酶,抑制下游靶基因的表达,从而调控穗形态发育,但具体的靶基因还需进一步验证。