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水稻是主要的粮食作物之一，全球约三分之一的人口以水稻为主食，因此，对水稻的品质和产量的研究有着重要的意义。水稻籽粒的主要成分为淀粉，淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成，直链淀粉的相对含量是决定水稻品质的关键因素之一。本实验室在研究水稻阴离子通道基因的作用时发现，过量表达OsAT1(Os02g0822100)导致水稻籽粒直链淀粉含量显著下降，因此，推测该基因可能与直链淀粉合成相关。通过研究 OsAT1亚细胞定位和组织表达，构建了OsAT1启动子转基因植株，并分析 OsAT1过表达和干涉转基因植株的表型、相关元素含量以及利用 RNA-seq检测转基因水稻籽粒中基因的差异表达，为进一步了解 OsAT1的生物学功能和其调控直链淀粉的代谢机理打下了基础。获得的主要结果如下： （1）OsAT1亚细胞定位和组织表达 结合生物信息学分析，水稻 OsAT1编码的蛋白具有典型的跨膜结构域，是一个膜蛋白，该蛋白可能定位于内质网、高尔基体或细胞质膜上；我们利用水稻原生质体转化对OsAT1进行亚细胞定位验证，证实OsAT1在内质网和高尔基体中都有定位，没有检测到在细胞质膜上有定位；通过定量PCR证实OsAT1在水稻茎和叶中表达量较高，而在根中表达较低；我们进一步构建了 OsAT1基因启动子驱动GUS的表达载体，获得了转基因植株，通过GUS组织染色证实OsAT1在茎、叶和叶枕表达量较高，而在根中表达量较低，与定量 PCR检测结果基本一致。 （2）OsAT1过量表达导致水稻叶片中硼的积累。 根据生物信息学对OsAT1的功能预测，OsAT1是一个膜蛋白，可能具有运输砷等离子的功能。为了证实OsAT1是否具有运输相关离子的功能，我们取 OsAT1过量表达和干涉表达转基因水稻抽穗期的叶片，测定19种水稻中常见元素含量，结果表明OsAT1过量表达的水稻植株叶片中的硼含量是野生型水稻的3.6倍，干涉植株中的硼含量则只有野生型植株中的64％，铜含量在过量表达和干涉材料中分别有一定上升和下降，但相差不大，而其他17种元素的含量则在转基因植株与野生型水稻中相差不大。说明OsAT1的表达影响硼在水稻中的积累和运输。 （3）OsAT1过量表达降低水稻籽粒直链淀粉含量 通过对 OsAT1过量表达和干涉表达转基因水稻成熟期考种发现，OsAT1过表达植株相比于野生型植株株高矮7-15 cm，籽粒明显瘦小，千粒重下降了32%-38%，淀粉含量下将25%-5%，直链淀粉含量下将22%-33%；OsAT1干涉植株株高高于野生型植株1-4 cm，千粒重和淀粉含量略有上升，直链淀粉含量没有明显的变化。因此，过量表达 OsAT1使水稻株型发生显著变化，并导致籽粒中直链淀粉的含量下降。 （4）水稻籽粒直链淀粉含量下降与相关基因的表达 为了证实 OsAT1过量表达转基因水稻籽粒中直链淀粉含量下降的原因，我们对OsAT1过量表达转基因植株抽穗期后5 d的籽粒进行高通量测序，结果表明OsAT1过量表达的水稻籽粒相比野生型水稻籽粒中有804个基因发生差异表达，其中503个基因上调，301个基因下调；对这些基因进行聚类分析发现：这些基因分别与代谢、遗传信息处理、生物系统、环境信息处理和细胞加工相关，其中有一些基因属于糖和淀粉合成相关的基因，未发现 GBSSI有差异表达，但是检测到GBSSII表达上调。利用定量PCR进行验证结果表明：糖和淀粉代谢途径的基因表达结果基本与RNA-seq结果一致。GBSSII、BGLU6、BGLU22和1-SST的表达上调，而BGLU1、SSSI和FKI的表达下调；说明OsAT1过量表达水稻籽粒中直链淀粉含量的降低与 GBSSI的基因表达无关，可能与 GBSSII、BGL U、FKI和SSSI等基因的差异表达相关。