低植酸突变水稻籽粒灌浆充实不良的生理症结与调控机理

以两套低植酸突变体为材料，通过对低植酸突变体与对照品种间的籽粒灌浆动态、胚乳细胞发育、糖类化学组分等指标差异的比较分析，以及在不同磷处理水平下的栽培调控试验，并结合对低植酸水稻籽粒灌浆期间胚乳碳、氮贮藏物积累代谢相关功能基因的表达谱特征和若干关键酶的生理活性的检测分析，探讨水稻籽粒植酸含量变化与淀粉合成代谢和贮藏蛋白积累间的生理联系，旨在揭示籽粒植酸含量降低后导致水稻籽粒灌浆充实度变劣、淀粉等贮藏物累积下降的生理机制，阐明低植酸突变后对水稻籽粒淀粉合成代谢和贮藏蛋白积累产生调控的主要功能基因位点。本预期研究结果，不仅对于通过栽培调控途径来解决水稻籽粒植酸含量降低后的灌浆结实问题提供理论指导，而且对于低植酸作物结实性状改良的分子育种工作也有较重要参考价值。

以辐射诱变的低植酸突变体为材料，通过对低植酸突变体与对照品种间的籽粒灌浆、植酸合成和淀粉积累动态变化过程的比较分析，以及在不同磷处理下的栽培调控试验，并结合对低植酸水稻籽粒灌浆期间籽粒植酸合成及碳、氮贮藏物积累代谢相关功能基因的RNA表达和若干关键酶的生理活性的检测分析，探讨了低突变体水稻籽粒中的植酸合成、淀粉代谢与籽粒灌浆充实度间的联系。主要研究结果如下：1)低植酸突变水稻籽粒充实不良的主要制约因素是其灌浆籽粒中的无机磷含量过高、淀粉合成代谢受阻所致。其中，ADPG-Ppase是籽粒磷积累途径改变后对胚乳淀粉合成代谢产生影响的一个重要调节位点；2）外源磷处理可通过调控MIPS、MRP、IPK5.6K-6基因的转录表达对籽粒植酸积累过程产生显著影响，尤其MIPS和MRP在低植酸水稻灌浆中后期的低表达会导致低植酸水稻在灌浆中后期表现出一定程度的籽粒早衰特征；3）ADPG焦磷酸化酶的大亚基基因（ADPGpase-L1、ADPGpase-L2、ADPGpase-L4）和小亚基基因（ADPGpase-S2a、ADPGpase-S2b）在低植酸突变水稻灌浆籽粒呈特异高（或低）表达，呈现出较明显的协同表达特征; 4) MIPS基因沉默会导致籽粒植酸含量明显下降、籽粒饱满度也同时降低，但MIPS基因的超表达对籽粒灌浆充实度的影响不明显；并不能“弥补”其结实率和灌浆充实度与对照品种间的差距。