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水稻是重要的粮食作物。茎秆作为连接地下部与地上部的重要器官，它为植株提供机械支撑，运输水分、养分，沟通源-库间的物质交流。因此，揭示茎秆发育机理对水稻株型建成和产量等农艺性状的改良至关重要。研究表明，茎秆发育包括细胞伸展和次生壁形成两个生物学过程，这两个过程均受赤霉素调控。然而，关于赤霉素调控茎秆发育的分子机理、尤其是细胞伸展的信号转导通路及其与次生壁形成调控的关键节点与作用模式仍然未知。 本论文围绕上述科学问题，开展了一系列的生化、分子生物学及遗传学研究。首先分析了发育中茎秆的内源赤霉素分布特征，发现其活性形式在茎秆的伸长阶段处于相对高的水平，而在次生壁快速沉积阶段，内源赤霉素含量维持在相对低水平。其次，揭示了赤霉素调控茎秆伸长信号通路。构建了茎秆伸长阶段的酵母双杂交文库，利用SLR1作为“诱饵”蛋白对该文库进行了筛选，鉴定到两个与SLR1互作的转录因子WRKY76和bHLH73。酵母及荧光素酶互作实验进一步验证了SLR1与WRKY76和bHLH73之间的蛋白互作。亚细胞定位及转录活性分析表明，WRKY76和bHLH73为激活型转录因子。拟南芥原生质体转录激活实验表明，WRKY76和bHLH73可以转录激活细胞延展基因EXPA4的表达，而SLR1与WRKY76和bHLH73互作抑制了它们对EXPA4的转录激活。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制的wrky76和bhlh73纯合突变体初步验证了它们调控株高的表型。 结合前期工作，我们确定了SLR1是赤霉素调控茎秆伸长和次生壁形成的节点。为了进一步明确SLR1在茎秆发育过程中的作用模式，我们分析了SLR1的蛋白表达模式。利用特异性抗体分析发现，发育中的水稻茎秆SLR1蛋白丰度稳定，但在细胞伸展和次生壁形成过程中均存在磷酸化修饰，并随茎秆发育呈增加趋势，表明植物进化出磷酸化SLR1的机制来调控茎秆发育。为阐明其中的分子机理，通过共表达和对SLR1氨基酸序列的生物信息学分析，我们确定水稻类GSK3/SHAGGY蛋白激酶家族中的GSK1-GSK4(GSKs)作为候选蛋白激酶。通过序列比对以及表达分析，选择GSK2和GSK4为代表进行了一系列的生化功能研究。酵母互作及Pull-down实验证实SLR1与GSK2和GSK4存在互作。体外激酶实验确定GSK2和GSK4可以磷酸化SLR1;磷酸化蛋白质谱分析鉴定到十个SLR1的磷酸化位点;原生质体瞬时表达实验表明磷酸化修饰不影响SLR1蛋白的亚细胞定位，却具有减缓SLR1抑制活性的功效。为了获得遗传学证据，我们利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制了四个GSK突变体，其中gsk2和gsk4为T2代纯合突变体。表型分析发现，与野生型相比，gsk2和gsk4突变体茎秆细胞长度变短，株高降低和次生壁变薄，表明茎秆伸长和次生壁形成的信号通路在gsk2和gsk4突变体中都受到了抑制。此外，我们还发现GSK4蛋白丰度与赤霉素水平正相关;在gsk2和gsk4突变体中GA20ox2和GA2ox3表达分别上调和下调表达，表明SLR1和GSKs作为GA和BR两大激素信号转导通路的关键抑制子，是两种激素共同调控茎秆发育信号的交汇点。 因此，本研究首次发现了不同于经典赤霉素信号转导途径的作用模式。在赤霉素调控茎秆发育的过程中，植物并不降解SLR1，而是通过GSKs磷酸化SLR1，实现对植物生长发育的精细调控。该研究为茎秆性状改良和抗倒伏分子设计育种提供更多科学依据。