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分蘖是水稻(Oryza sativa)一个重要的农艺性状,是决定水稻产量的因素之一。研究已经证实,MAX/RMS/D途径产生的独脚金内酯(Strigolactones,SLs)调节了水稻多分蘖突变体侧芽的发生。SLs来源于类胡萝卜素并抑制侧芽的发生。本研究以一个水稻半矮化、分蘖中度增多突变体moderately increased tiller 1(mit1)为实验材料,通过图位克隆的方法找到了突变基因,并对突变基因进行了功能验证和分析,证明该基因为独脚金内酯SLs合成途径中又一新基因,为进一步揭示SLs调控水稻分蘖和植物分枝的作用机制奠定了基础。主要研究结果如下:1.突变体mit1呈现半矮化、分蘖中度增多表型。和野生型相比,mit1各节间等比例一定程度的缩短,成熟期株高约为野生型的80%;分蘖增多,约为野生型的2倍。育性结实正常,每穗粒数约为野生型70%,但百粒重和单株产量都比野生型有所增加。2.通过图位克隆的方法将突变基因定位在第12染色体着丝粒区2 Mb范围内。候选基因测序发现LOC_Os12g21710为突变基因(命名为MIT1),突变造成了 10个碱基的缺失。据水稻基因组注释网站预测,该基因编码植物类胡萝卜素生物合成过程中的关键酶—15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶(Z-ISO)。我们通过转基因功能互补实验证实了该基因就是目标基因。3.MIT1和玉米、拟南芥中Z-ISO蛋白序列比对显示,它们的同源性比较高。据软件预测,MIT1有一个N端叶绿体转运肽,五个跨膜区和一个NnrU结构域。经过进化分析发现,MTI1在高等植物和硅藻中都有同源基因,它们都有一个共同的起源—NnrU基因。4.实时荧光定量分析发现,MIT1是一个广泛表达的基因,在穗、茎和叶鞘中表达量较高,在侧芽、叶片、花和根中表达量较低。对MIT1 promoter:GUS转基因水稻的组织化学染色检测实验也证明了这点。通过亚细胞定位实验发现,MIT1蛋白定位于叶绿体中。5.通过测定室内光照和避光培养水稻苗中9,15,9’-3-顺式-ζ胡萝卜素和9,9’-2-顺式-ζ-胡萝卜素的含量、叶绿素含量、幼苗脱黄化实验等,证实mit1是一个Z-ISO突变体,MIT1编码的就是Z-ISO。6.水稻根系分泌物中SLs含量测定结果表明,在野生型中积累的2’-epi-5-deoxystrigol含量极显著高于mit1。此外,施用人工合成SL类似物—GR24,能有效抑制mit1和d7(SL合成突变体)的分蘖发生,但是对d3(SL信号传导突变体)分蘖没有抑制作用。从以上结果可以看出,mit/中SLs的生物合成降低是导致其分蘖增多的主要原因。7.从双突变体mitld17和mitld3的表型分析得出,MIT1位于SLs合成途径中D17上游。另外,根据SL合成基因D27的功能推测,MIT1也位于D27的上游。