水稻育种的主要目标是同时提高产量和品质。过去几十年,水稻产量虽已得到极大提高,然而稻米品质仍急需改善。稻米品质主要包括加工品质、外观品质、营养品质和蒸煮食味品质,其中蒸煮食味品质尤为重要。直链淀粉含量、胶稠度和糊化温度等理化特征决定了稻米蒸煮食味品质,其中直链淀粉含量是决定稻米蒸煮食味品质的最关键因素。颗粒结合淀粉合成酶I(Granule-bound starch synthase 1)是稻米直链淀粉合成关键酶,由蜡质基因(Wx)编码,同时暗胚乳基因Du1和Du3也被报道参与了直链淀粉形成,但直链淀粉含量调控机制仍不清楚。本实验室前期对“银香38”水稻低直链淀粉含量性状进行了遗传分析和图位克隆,发现6号染色体上一个编码C_2H_2锌指蛋白的基因TL1(Translucent endosperm 1)是“银香38”低直链淀粉含量性状和半透明性状的候选基因。本论文在此基础上,开展了一系列研究,包括候选基因TL1互补验证实验和TL1敲除实验、突变体稻米淀粉理化特征分析、TL1蛋白亚细胞定位分析和进化树分析、淀粉合成相关基因转录水平分析、GBSSI蛋白表达分析和Wx~b前体m RNA剪接分析、TL1基因水更多稻育种应用等研究。具体结果如下:(1)TL1基因互补验证与TL1基因敲除“银香38”呈半透明表型,表观直链淀粉含量为7.45%,与“银香38”相比,“p TL1:TL1-e YFP/YX38”互补植株稻米呈透明表型,表观直链淀粉含量提高至17.01%。相比“日本晴”水稻,TL1功能敲除突变体tl1-2和tl1-3稻米由透明表型变成半透明表型,表观直链淀粉含量从17.50%分别下降至5.73%和5.83%。以上结果表明控制“银香38”低直链淀粉含量性状和半透明性状的基因是TL1。(2)tl1突变体淀粉理化特征分析与“日本晴”相比,tl1-2突变体稻米表观直链淀粉含量、总淀粉含量、胶稠Crizotinib临床试验度、糊化过程的起始温度(To)、峰值温度(Tp)、热焓值(ΔH)均显著性下降;粗脂肪含量和胶粘度提高,聚合度(degree of polymerization,DP)在6-15的短链或中链支链淀粉比例上升;tl1-2突变体食味值从80.54上升至85.45,表明TL1基因功能敲除提高稻米蒸煮食味品质。同时,对Wx~a型籼稻“Kasalath”进行TL1基因敲除获得突变体tl1-5。与“Kasalath”相比,tl1-5突变体稻米表观直链淀粉含量没有显著性变化,表明TL1可能通过影响Wx~b的功能调控稻米直链淀粉含量,而不影响含有Wx~a型籼稻的胚乳直链淀粉含量。(3)TL1蛋白进化树分析和蛋白亚细胞定位分析系统进化树分析结果表明,TL1蛋白广泛存在单子叶和双子叶植物中,具有高度的保守性。TL1蛋白比对结果显示,TL1基因编码具有单个C_2H_2锌指结构域的蛋白,主要包含未知功能的DUF3546结构域和靠近C末端的ARS2结构域,锌指结构域位于ARS2中。TL1蛋白与拟南芥同源蛋白SE结构相似,并且同源性较高,SE主要参与前体m RNA的剪接和micro RNA的合成。利用激光共聚焦显微镜对本氏烟草中瞬时转化的TL1-GFP融合蛋白进行观察,发现TL1蛋白定位于细胞核。以上分析表明TL1可能通过参与淀粉合成相关基因前体m RNA的剪接来调控稻米直链淀粉含量。(4)TL1组织特异性表达分析TL1在水稻的根、茎、叶和开花后的种子中表达,表明TL1在水稻中广泛表达。与野生型相比,TL1转录水平在tl1-2开花后5、10、15、20、25天的种子中显著降低。(5)淀粉合成相关基因转录水平分析与野生型相比,tl1-2突变体中,Wx转录水平在开花后5、15、20、25天种子中出现了显著下降;支链淀粉合成相关基因SSII-2、SSII-3、SSIIc、SSIIIa、SSIVb、SBEI、BEIIb、ISA2、PUL至少有一个时期转录水平显著性降低;AGPL1、AGPL2、AGPL3、AGPS2b、PHOH、PHOL等其他淀粉合成相关基因,至少有两个时期转录水平显著mindfulness meditation性降低。(6)GBSSI蛋白表达分析和Wx~b前体m RNA剪接分析与野生型相比,tl1-2突变体中,GBSSI蛋白水平在开花后10天和15天的胚乳都出现了显著下降。与野生型相比,tl1-2突变体在开花后10天和15天的胚乳Wx~b前体m RNA剪接效率均显著降低。(7)TL1基因水稻育种应用对高产水稻“嘉花一号”进行TL1基因敲除获得突变体tl1-4,与“嘉花一号”相比,tl1-4稻米表观直链淀粉含量从18.96%降低到7.94%,同时tl1-4稻米蒸煮食味品质显著提高,而tl1-4农艺性状没有明显改变,表明TL1在水稻育种应用中具有巨大应用潜力。与“嘉花一号”水稻TL1等位基因相比,软米水稻“银香38”tl1等位基因存在G/A变异,根据G/A多态性,设计了d CAPS/Mae II分子标记。d CAPS/Mae II的成功设计为利用“银香38”tl1优异等位基因改良水稻品质提供分子标记。