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休眠性是高等植物种子的一个普遍特性，这一特性赋予种子在适宜的环境条件下萌发的能力，从而提高了种子的适应性。休眠的打破和萌发的完成这两个相继的过程受到许多激素的调控，如ABA，GA等，同时与激素信号存在互作的糖信号也参与了植物种子休眠萌发的调控。最近有研究指出种子淀粉合成速率的改变会降低种子休眠，暗示着种子灌浆与休眠之间可能存在潜在的联系。 一般来说，栽培作物（如水稻、玉米）的种子在收获季节遇到高温高湿环境下容易在穗上提前发芽，称为穗发芽。这种休眠度的降低是栽培作物驯化特征之一。相对于播种后快速、整齐萌发的优点，这一特性的缺点也显而易见，即穗发芽造成减产，影响种子品质和寿命。目前为止，关于穗发芽相关的基因或数量性状位点的研究有很多，但穗发芽现象下蕴藏的机制我们并未全面了解。 为了阐明穗发芽的分子机制，我们通过对实验室T-DNA插入突变体库筛选获得了一系列具有穗发芽表型的突变体，其中一个同时具有种子皱缩、粒重减少等表型，命名为phs8。种子的纵切面染色和横断面扫描观察结果均表明，phs8突变体种子胚乳中正常构象的淀粉颗粒大量减少。作为穗发芽突变体，phs8的种子通常在开花后27天左右在胚对应的位置出现小白芽或裂口。 突变体和野生型回交后代的遗传分析表明，phs8突变体是由一个隐形单基因控制。图位克隆结果表明，PHS8位于8号染色体，编码一个水稻异淀粉酶OsISA1。OsISA1作为水稻去分支酶，参与水稻支链淀粉合成。PHS8突变导致去分支酶活性降低，不能产生正常构象的淀粉颗粒，麦芽糖等小分子糖含量在突变体胚乳中增多。淀粉合成基因表达抑制可能是高浓度的小分子糖反馈抑制的结果。表达分析表明，MYBS1的表达上调，激活了α-淀粉酶基因的大量表达，从而使淀粉酶活性增强，最终导致了小分子糖增多。 phs8突变体种子脱落酸(ABA)含量下降，并且突变体对ABA的敏感性下降。代谢物含量测定中六磷酸葡萄糖(G6P)的含量与测定的ABA含量在种子成熟前后的变化相一致，突变体中己糖激酶的表达受到抑制，意味着催化生成G6P的己糖激酶可能参与穗发芽的调控。而水稻悬浮细胞糖处理结果表明，蔗糖可以抑制ABA信号中OsABI3和OsABI5的表达，则暗示着水稻穗发芽的调控中可能存在着糖信号与ABA信号的互作。 突变体中ABA合成基因、信号通路基因和下游转录因子的mRNA水平出现下调，而下游转录因子ABI3、ABI4、ABI5和MFT2的蛋白含量在突变体中减少，这些可能是导致ABA含量减少和ABA敏感性下降的原因。phs8突变体背景下，过表达ABI3、ABI5和MFT2基因都会减轻突变体穗发芽表型或稍微延迟突变体萌发，进一步证实了PHS8突变导致ABA整个信号通路的减弱是导致突变体穗萌的原因之一。 综上所述，phs8突变体种子中存在一个糖信号和ABA共调控的穗发芽机制。水稻野生型种子中PHS8参与支链淀粉的合成，当PHS8(OsISA1)突变后，支链淀粉的前体不能生成正常的支链淀粉，同时导致MYBS1上调，激活了淀粉酶基因的大量表达，淀粉酶活性增强，胚乳中产生高浓度的蔗糖和己糖，小分子糖进入糖酵解，为萌发提供能力。高浓度的蔗糖抑制胚中ABIs的表达，ABA信号受到抑制，ABA敏感性下降;而ABA合成同时受到ABA信号的反馈调控，ABA含量下降，对萌发抑制作用减弱，最终导致了穗萌的发生。