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2，3-氧化鲨烯环化酶(OSC)催化底物2，3-氧化鲨烯生成不同的三萜骨架化合物，这些骨架化合物经过进一步修饰能够生成对植物生长发育有重要作用的甾醇以及许多功能特异的三萜衍生物。在粳稻中花11中一共发现7个能够编码产生完整蛋白的OSC，其中OsOSC2编码环阿屯醇合酶，催化生成甾醇前体物环阿屯醇;OsOSC7和OsOSC12分别调控水稻分蘖和花粉发育过程;OsOSC11编码异乔木萜醇合酶;而OsOSC6、OsOSC8和OsOSC10的功能未知，因此对水稻OsOSC6、OsOSC8和OsOSC10参与的三萜代谢途径及其生物学功能的解析具有重要的意义。 OSC催化的环化反应是自然界中最复杂的酶促反应之一，包括多步环化和重排反应，OSC产物多样性的催化机制也是近年来研究的热点。在所有OSC中，只有羊毛甾醇合酶的晶体结构得到了解析，这就为从原子水平上研究OSC环化反应产物特异性的催化机制奠定了基础，同时对OSC酶功能的定向改造也具有重要的理论指导意义和广泛的应用前景。 本论文旨在探究OsOSC6、OsOSC8和OsOSC10的功能以及OSC的催化机制。 为了研究OsOSC6、OsOSC8和OsOSC10的生化功能，根据酵母的密码子使用偏好性对这三个OSC基因进行了优化。优化后OSC的酵母表达实验表明OsOSC6能够催化2，3-氧化鲨烯生成α-香树素和β-香树素;OsOSC8和OsOSC10的产物分别是蓍醇B和木栓酮。至此，水稻中7个OSC的催化产物都已得到了解析，它们的生化功能各不相同，不存在功能冗余。 为了研究OsOSC6、OsOSC8和Os OSC10的生物学功能，从粳稻中花11TILLING突变群体中筛选到10个OsOSC6突变体、3个OsOSC8突变体和1个OsOSC10突变体，从韩国Postech水稻T-DNA插入突变体库获得一个OsOSC8T-DNA插入突变体。与野生型相比，OsOSC6和OsOSC8突变体在水稻生长发育过程中并没有发现明显的差异;OsOSC10的突变体13203表现出结实率低，穗粒数少等表型，但是突变体的表型是否是由OsOSC10的功能缺失所导致的还有待于进一步验证。 羊毛甾醇合酶在动物和微生物中功能保守;环阿屯醇合酶在植物中普遍存在，高等植物中还存在多个由功能保守的环阿屯醇合酶进化而来的OSCs。进化分析表明部分双子叶植物中存在羊毛甾醇合酶，羊毛甾醇合酶缺陷型的酵母表达菌株GIL77的互补实验表明黄瓜、番茄、杨树和拟南芥中都存在羊毛甾醇合酶。植物中的羊毛甾醇合酶是由环阿屯醇合酶独立进化而来的，并不是从微生物的羊毛甾醇合酶进化而来。羊毛甾醇合酶基因在植物、动物和微生物中发生了趋同进化。 为了研究植物、动物和微生物中羊毛甾醇合酶的催化机制，通过高斯化学计算的方法构建了从四环形成后的C20阳离子中间产物到终产物羊毛甾醇的可能催化反应势能面。结果表明羊毛甾醇合酶在不同物种中的去质子化机制可能不同:动物和微生物的羊毛甾醇合酶催化从C9阳离子中间产物到羊毛甾醇的能垒较低，而植物中的优势反应路径则是从C8阳离子中间产物到羊毛甾醇。动物和微生物羊毛甾醇合酶活性中心区的Thr381和Thr502分别对应植物羊毛甾醇合酶活性中心区的Tyr410和Ser531，这两个氨基酸的差异可能是造成羊毛甾醇合酶在不同物种中去质子化优势路径不同的主要原因。 OSC活性中心区的氨基酸位点比较保守，突变后会造成酶功能缺失或改变，如人毛甾醇合酶的His232Tyr和Gly380Ile突变，拟南芥羊毛甾醇合酶的His257Tyr和Gly409Ile突变，OsOSC6的Phe255His、Tyr529Ala、Val478Ile、Val407Gly和Leu469Phe突变，OsOSC10的Tyr119Phe、Phe258His、Ala532Tyr和Val410Gly突变，说明这些位点在催化反应过程中起着重要的作用。 本论文对水稻2，3-氧化鲨烯环化酶基因OsOSC6、OsOSC8和OsOSC10进行了功能分析，并初步探索了羊毛甾醇合酶的催化机制，为水稻三萜代谢途径的解析、OSC催化机制的理论研究和OSC酶功能改造奠定了基础。