脱落酸调控水稻强弱势籽粒灌浆及茎鞘NSC再利用的机制

水稻灌浆过程中，弱势籽粒充实率相对较低，以及叶鞘和茎秆中积累的非结构性碳水化合物（NSC）输出不良，是造成产量波动或下降的重要原因。前期研究已经表明，脱落酸（ABA）均参与这两个过程，且适当浓度的外源ABA可以提高弱势粒的灌浆水平以及促进茎鞘中NSC的再转运，但其调控机理并不清楚。本项目将运用生理和分子等研究手段，以池栽水稻、悬浮培养细胞、ABA上调/下调的转基因株系为材料，从水稻灌浆的源库调节（即碳源NSC和碳库籽粒）着手，研究ABA在调控水稻灌浆过程中的作用和机理。着重探讨ABA调控水稻强、弱势籽粒灌浆差异的生理与分子基础，以及ABA调控水稻茎鞘NSC向籽粒再动员的生理与分子基础；同时初步探明与ABA互作的其它植物激素对水稻灌浆的协同影响。研究不仅可以揭示ABA调控水稻籽粒灌浆的机制，还可通过调节ABA水平来调控并改善水稻灌浆进程，为提高作物产量提供一个新的切入点。

水稻灌浆过程中，弱势籽粒充实率相对较低，以及叶鞘和茎秆中积累的非结构性碳水化合物输出不良，是造成产量波动或下降的重要原因，本项目主要探讨ABA在此生物学过程中的作用。主要研究结果如下：1）基因芯片分析了水稻灌浆过程中糖代谢相关基因的表达，表明SUT1、SUS2、UGP1、AGPS2、AGPL2、SSⅡa、GBSS I、BEⅡb等基因的表达对籽粒淀粉的形成可能起决定性的作用。2）RNA-seq分析了水稻灌浆过程中强、弱势籽粒基因转录表达谱，大部分差异基因集中在蛋白转运、蛋白代谢、RNA加工、以及逆境胁迫过程。3）获得ABA代谢关键酶编码基因OsABA8ox3干涉株系，逆境条件下ABA含量高于野生型，抗性增加；干涉株系在正常培养条件下未改变水稻灌浆进程和籽粒重量。4）获得ABA合成关键酶编码基因OsNCED3过量表达株系，逆境条件下转基因株系抗性增加，在正常培养条件下未改变水稻灌浆进程和籽粒重量。5）水稻灌浆过程中适当土壤干旱以增加整株水稻ABA水平，但剑叶非结构性碳水化合物（NSC）含量与对照相比未有明显变化。6）RNA-seq分析了具不同NSC转运效率的水稻（两优培九和扬稻6号）茎鞘在灌浆过程中基因转录表达谱，大部分差异基因集中在代谢相关基因、转录因子等。本项目研究将对稳定并提高水稻的产量具有一定的指导意义。