磷是植物生长发育过程中必需的营养元素,缺磷影响水稻生长并降低产量。独脚金内酯是一种新型植物激素,能调控植物根系生长、分蘖发生和响应非生物胁迫等过程。低磷胁迫刺激植株根系合成与分泌独脚金内酯,MC3改变根系形态及磷的吸收和转运过程。OsRGA1为水稻G蛋白α亚基,已有研究表明,OsRGA1参与水稻对低磷胁迫的响应及独脚金内酯调控植株生长的过程,但OsRGA1在独脚金内酯调控水稻响应低磷胁迫过程中的作用尚不清楚。因此,深入研究OsRGA1对独脚金内酯调控低磷胁迫下水稻生长的影响及机制,对揭示OsRGA1的功能和提高水稻磷肥利用率具有重要意义。本研究以野生型NIP、OsRGA1突变株系R-5和R-8、及OsRGA1过表达株系ROE1和ROE2为材料,通过水培试验和盆栽土培试验,设置低磷和独脚金内酯组合处理,观察水稻表型并测定植株形态生理指标、独脚金内酯含量及基因表达量等,深入研究OsRGA1在独脚金内酯调控水稻响应低磷胁迫过程中的作用及其生理与分子机制。主要研究结果如下:1.以野生型日本晴(NIP)为背景,获得2个OsRGA1缺失突变株系R-5和R-8和2个过表达株系ROE1和ROE2。qPCR结果显示ROE1和ROE2中OsRGA1的相对表达量分别上升2.34倍和4.01倍;Western blot检测突变体R-5和R-8中未观察到OsRGA1蛋白条带,野生型NIP和过表达株系ROE1和ROE2中均观察到清晰的条带,且过表达株系中OsRGA1蛋白表达量明显高于野生型。2.以施用常规磷浓度(NP,300 μMKH2PO4)为对照,设置4种低磷处理。与常规磷相比,低磷胁迫显著增加野生型NIP叶片中OsRGA1的表达量,随着磷浓度的降低,OsRGA1的表达量先上升后下降,当磷浓度为1/60P,即5 μM时,OsRGA1的表达量达到最大,且NIP叶片中独脚金内酯的含量显著增加183.22%。3.低磷胁迫促进各基因型水稻幼苗根系生长。与NP相比,低磷胁迫下(LP,5 μM),NIP、R-5、R-8、ROE1 和 ROE2 的最长根长分别增加 46.18%、23.73%、21.14%、48.98%和56.14%;各基因型植株中抗氧化酶活性、酸性磷酸酶活性、磷转运基因的表达量显著增加,根系活力显著降低。过表达株系ROE2中上述各指标的变化均大于NIP,突变体R-5和R-8中上述各指标的变化均小于NIP。表明OsRGA1正调控低磷胁迫促进的水稻根系生长过程。4.OsRGA1影响内源独脚金内酯(Strigolactone,SL)的合成。与NIP相比,SL含量在过表达株系ROE2中显著增加9.62%,在突变体R-5和R-8中显著降低21.15%和20.52%。外源独脚金内酯(GR24)处理促进各基因型水稻根系生长。与对照相比,GR24处理后,NIP、R-5、R-8、ROE1和ROE2的最长根长分别显著增加54.76%、24.10%、20.07%、59.06%和61.81%。独脚金内酯合成基因OsD10、OsD17、OsD27的表达量增幅在ROE2中大于NIP,在R-5和R-8中小于NIP;独脚金内酯信号转导基因OsD3、OsD1Belnacasan molecular weight4表达量的增幅在各基因型植株间无显著差异。当利用独脚金内酯合成抑制剂(Tis108)抑制SL合成后,GR24处理对根系生长的促进效应降低。表明OsRGA1调节独脚金内酯的合成过程参与独脚金内酯对水稻根系生长的促进效应。5.低磷胁迫和GR24组合处理后,NIP、R-5、R-8、ROE1和ROE2的最长根长分别显著增加26.13%、14.90%、16.76%、27.56%和27.37%;各基因型植株根系活力、抗氧化酶活性、酸性磷酸酶活性、独脚金内酯含量、磷转运和独脚金内酯合成基因的表达量均显著增加。过表达株系ROE2中上述各指标的变化均大于NIP,突变体R-5和R-8中上述各指标的变化均小于NIP。表明OsRGA1正调控独脚金内酯对低磷胁迫的响应。6.与常规磷相比,不施磷条件下各基因型植株穗数和结实率显著降低,每穗粒数和千粒重无显著变化,产量显著降低。OsRGA1缺失显著降低磷肥农学利用率、磷肥吸收利用率和磷肥偏生产力,显著降低结实率和千粒重,导致产量降低。独脚金内酯增加水稻磷肥利用率,显著增加结实率,但降低穗数,对产量无显著影响。综上所述,本文系统研究了 OsRGA1在独脚金内酯调控低磷胁迫下水稻生长中的作用及其机制。明确独脚金内酯通过增加低磷胁迫下水稻幼苗根系活力、抗氧化酶和酸性磷酸酶的活性、独脚金内酯含量、磷转运基因和独脚金内酯合成基因的表达量,从而促进vaccine-preventable infection水稻幼苗根系生长过程,OsRGA1正调节独脚金内酯合成参与独脚金内酯响应低磷胁迫的过程。