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光合产物在水稻源库系统中主要是以淀粉和可溶性糖的形式进行代谢及转运,淀粉的代谢速率和可溶性糖转运效率决定了水稻源库流三者的关系,进而影响水稻的产量和品质。从水稻叶片固定CO2到胚乳中储藏淀粉的合成,OsGWD1、OsMEX1、OspGlcT、OsAGPS2和OsAGPL2等基因的编码产物在淀粉和可溶性糖的代谢及转运过程中发挥着重要作用。根据各基因在模式植物中的功能研究结果,我们构建了各基因相应的过表达和CRISPR/Cas9基因敲除转基因水稻,并进一步筛选出代表性转基因纯合系,对其生长发育、产量、品质等性状进行系统分析,探讨调控各基因表达对水稻形态建成、产量和品质的影响,从而为高产优质育种实践提供丰富的基因资源和遗传材料。相关研究结果如下:1、创建了 OsGWD1、OsMEX1&OspGlcT、OsAGPS2&OsAGT、过量表达转基因水稻,目的基因表达分析显示所有构建都顺利导入受体并成功表达。另外,我们还利用CRISPR/Cas9基因定点编辑技术编辑OsGWD1、OsMEX1、OspGlcT、OsAGPT、和OsAGPL2基因外显子区特异的靶位点,并成功获得各基因的功能缺失突变体。2、OsGWD、基因过表达引起水稻株高变高,籽粒变长变窄,千粒重增加。同时稻米的热力学特性发生改变,糊化温度显著上升,热焓值总体提高,并且增强了种子萌发过程中的耐旱性。敲除OsGWD1基因导致水稻分蘖数减少,但粒型变化与过表达一致,其他如千粒重、稻米品质等性状并未发生明显变化。3、同时过表达OsMEX1和OspGlcT基因引起水稻分蘖数减少、株高变高、籽粒变长变窄及千粒重增加。此外,过表达稻米的起始糊化温度To、峰值糊化温度Tp、终止糊化温度Tc和热烚值ΔH都明显升高。在ABA胁迫下,野生型对照幼苗的叶绿素含量下降,而过表达水稻叶绿素含量有所提高;低温胁迫下,过表达材料表现出一定的耐寒性。分别敲除OsMEX1和OspGlcT的单基因突变体表现出分蘖数减少,株高和千粒重降低,以及籽粒变长变窄的表型,而稻米品质未发生明显变化。4、同时过表达OsAGPS2和OsAGPL2可引起转基因水稻的表观直链淀粉含量有所下降,而垩白和胶稠度也有一定变化。敲除OsAGPS2基因导致水稻出现灌浆受阻,籽粒空壳现象严重,极大影响了水稻的产量与种子育性。而敲除OsAGPL2基因后,水稻的千粒重有一定程度的降低,同时表观直链淀粉含量有所上升。