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巨胚稻的胚比其他普通胚稻米的胚大2倍或更多。巨胚糙米中蛋白质、脂肪、氨基酸、维生素、矿物质等营养成分的含量明显高于普通糙米，而且富含?-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid，简称GABA)。GABA具有缓解高血压的功效，因此巨胚稻米被认为是一种高营养的功能性稻米。尽管对巨胚水稻的种质资源、营养物质、组织和细胞结构、遗传定位已有广泛研究，但巨胚水稻形成的分子机制相关研究较为薄弱，影响了对巨胚水稻种质资源的应用和新品种的开发。因此探讨水稻巨胚性状形成的机制具有重要的理论价值和潜在的应用价值。
本研究以高产的粳稻品种“超2-10”及其成熟胚离体培养过程中获得的巨胚突变体“上师大5号”为材料，探索了影响巨胚稻米胚增大的直接原因。主要研究内容及结果如下：
1.通过对水稻种子发育早期（6DAP、10DAP、14DAP）的“上师大5号”种子和“超2-10”幼嫩种子全基因组表达谱芯片分析及相关定量PCR分析，发现有18个膨胀素基因的表达量在胚发育早期明显上调，其中5个膨胀素（Os10g0555700(OsEXPB2)、Os01g0248900(OsEXPA8)、Os05g0477600(OsEXPA4)、Os05g0246300(OsEXPB18)、Os04g0228400(OsEXPA1)）的表达量表现出极显著上调。本实验室曾对其中OsEXPB2（Os10g0555700）基因进行功能验证，但是过表达植株并没有得到预期结果，本研究从其余4个极显著表达的膨胀素基因中筛选出两个可能引起巨胚表型的候选基因，分别是：Os05g0246300（OsEXPB18）和Os05g0477600（OsEXPA4），并对这两个膨胀素基因进行功能验证，即分别构建这两个膨胀素基因的过表达载体并利用根癌农杆菌介导分别转化“超2-10”水稻。其中Os05g0477600（OsEXPA4）得到7颗阳性苗。
2.为了进一步探究膨胀素类基因在巨胚水稻胚变大过程中的功能，本研究对5个差异表达的膨胀素基因进行了相关生物信息学分析及亚细胞定位验证。生物信息学分析表明5个差异表达的膨胀素基因的蛋白质N端均有一段信号肽序列并被定位与细胞周边。亚细胞定位实验结果表明5个差异表达的膨胀素蛋白均在细胞膜上有定位且只有11-Os04g0228400(OsEXPA1)在细胞壁上有定位，7-Os05g0477600(OsEXPA4)在细胞核上有定位，1-Os10g0555700(OsEXPB2)在整个细胞均有定位。我们推测，定位在细胞膜上的膨胀素的可能通过某种机制使其能与细胞壁上的组分相互作用，而定位在细胞质和细胞核上的膨胀素可能行使除扩张细胞壁以外的其他功能。
3.为了进一步探究膨胀素类基因在影响巨胚水稻胚种子发育过程中的相互作用模式及主效基因，本研究采用胚和胚乳分离的方法，进一步探究37个水稻种子中表达的膨胀素在水稻种子发育早期（10DAP、14DAP、18DAP）的表达模式。研究结果表明膨胀素基因的表达模式并不完全一致，且进化上的同源性与其表达模式之间并没有存在很强的关联性，其中10-Os03g0156300(OsEXPA20)、34-Os03g0102500可能是影响巨胚性状的主效基因。
本试验结果为进一步深入开展巨胚水稻胚增大的分子机理研究奠定了重要的基础。
本研究以高产的粳稻品种“超2-10”及其成熟胚离体培养过程中获得的巨胚突变体“上师大5号”为材料，探索了影响巨胚稻米胚增大的直接原因。主要研究内容及结果如下：
1.通过对水稻种子发育早期（6DAP、10DAP、14DAP）的“上师大5号”种子和“超2-10”幼嫩种子全基因组表达谱芯片分析及相关定量PCR分析，发现有18个膨胀素基因的表达量在胚发育早期明显上调，其中5个膨胀素（Os10g0555700(OsEXPB2)、Os01g0248900(OsEXPA8)、Os05g0477600(OsEXPA4)、Os05g0246300(OsEXPB18)、Os04g0228400(OsEXPA1)）的表达量表现出极显著上调。本实验室曾对其中OsEXPB2（Os10g0555700）基因进行功能验证，但是过表达植株并没有得到预期结果，本研究从其余4个极显著表达的膨胀素基因中筛选出两个可能引起巨胚表型的候选基因，分别是：Os05g0246300（OsEXPB18）和Os05g0477600（OsEXPA4），并对这两个膨胀素基因进行功能验证，即分别构建这两个膨胀素基因的过表达载体并利用根癌农杆菌介导分别转化“超2-10”水稻。其中Os05g0477600（OsEXPA4）得到7颗阳性苗。
2.为了进一步探究膨胀素类基因在巨胚水稻胚变大过程中的功能，本研究对5个差异表达的膨胀素基因进行了相关生物信息学分析及亚细胞定位验证。生物信息学分析表明5个差异表达的膨胀素基因的蛋白质N端均有一段信号肽序列并被定位与细胞周边。亚细胞定位实验结果表明5个差异表达的膨胀素蛋白均在细胞膜上有定位且只有11-Os04g0228400(OsEXPA1)在细胞壁上有定位，7-Os05g0477600(OsEXPA4)在细胞核上有定位，1-Os10g0555700(OsEXPB2)在整个细胞均有定位。我们推测，定位在细胞膜上的膨胀素的可能通过某种机制使其能与细胞壁上的组分相互作用，而定位在细胞质和细胞核上的膨胀素可能行使除扩张细胞壁以外的其他功能。
3.为了进一步探究膨胀素类基因在影响巨胚水稻胚种子发育过程中的相互作用模式及主效基因，本研究采用胚和胚乳分离的方法，进一步探究37个水稻种子中表达的膨胀素在水稻种子发育早期（10DAP、14DAP、18DAP）的表达模式。研究结果表明膨胀素基因的表达模式并不完全一致，且进化上的同源性与其表达模式之间并没有存在很强的关联性，其中10-Os03g0156300(OsEXPA20)、34-Os03g0102500可能是影响巨胚性状的主效基因。
本试验结果为进一步深入开展巨胚水稻胚增大的分子机理研究奠定了重要的基础。