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株高是水稻(Oryza sativa L.)的重要农艺性状之一,与水稻产量具密切关系。水稻植株过高容易引起倒伏,适当降低株高可使水稻的抗倒伏能力、耐肥性和密植性增加,进而提高水稻的叶面积指数和产量。水稻的株高发育受多个基因调控。OsGA20ox2基因编码水稻GA20氧化酶,其突变会导致水稻株高降低。OsGA20ox2基因突变体在水稻生产上的应用推动了20世纪农业生产上的绿色革命,使世界水稻产量大幅提高。本论文研究探讨了利用CRISPR/Cas9技术,对水稻品种日本晴及贵州地方水稻来拢的OsGA20ox2基因进行定点编辑,可获得OsGA20ox2基因突变的植株,且因该技术中T-DNA的插入位点与作用位点相分离,可通过对转基因后代进行自交或回交,以获得不带有转基因元件的突变体植株。以水稻成熟种子为材料,研究并优化了影响农杆菌介导的水稻茎尖遗传转化的因素。根据已公布的水稻OsGA20ox2基因序列,进行生物信息学分析并设计目标靶点,构建带有草胺膦抗性及OsGA20ox2基因靶点的特异性CRISPR/Cas9植物表达载体。通过农杆菌介导的水稻茎尖遗传转化方法,将其转入水稻,经除草剂筛选及PCR分子鉴定,获得了转基因水稻植株,对其主要农艺性状进行了测定及分析。主要研究成果如下:(1)农杆菌介导的水稻剑河红谷遗传转化过程受诸多因素影响,通过GUS基因的表达水平对影响农杆菌介导的水稻茎尖遗传转化因素进行研究。农杆菌菌液浓度、真空处理时间和真空渗透压强是直接影响水稻茎尖遗传转化的因素。研究表明,在转化条件为农杆菌菌液浓度OD600为0.8、真空处理时间8 min、真空渗透压强20 kPa时,GUS基因表达水平最高,同时植株存活率也较高。该遗传转化条件为通过农杆菌介导法将OsGA20ox2基因靶点特异的CRISPR/Cas9植物表达载体转化水稻奠定了基础。(2)对已公布的水稻OsGA20ox2基因进行生物信息学分析,采用E-crisp在线工具,设计了CRISPR/Cas9基因编辑靶点,并构建了携带除草剂抗性筛选标记基因bar及水稻OsGA20ox2基因靶点特异性CRISPR/Cas9植物表达载体。以日本晴和贵州地方稻种来拢为材料,以农杆菌介导水稻茎尖遗传转化水稻,经除草剂草胺膦筛选及PCR分子检测,获得了转基因水稻来拢4株,转基因水稻日本晴植株12株。(3)对转基因水稻植株进行农艺性状考察。结果表明,转基因日本晴平均株高为71.3 cm,而野生型日本晴平均株高为85.8 cm,转基因日本晴比野生型低16.9%;转基因来拢平均株高为159.0 cm,而野生型来拢平均株高为179.8 cm,转基因来拢平均株高比野生型来拢低11.58%;差异均达到显著水平(P<0.05)。然而,转基因水稻与其野生型品种在有效分蘖数、剑叶长、剑叶宽、穗长、有效穗粒数等农艺性状上,均无明显差异。研究表明,采用CRISPR/Cas9技术对水稻OsGA20ox2基因进行定点编辑可引起水稻株高降低,同时对其他农艺性状的影响不大,可见,采用CRISPR/Cas9基因编辑技术定向创制水稻突变新种质是一种具有重要应用价值的途径。