【研究背景】细胞分裂素在植物的生长发育过程中,具有调节地上部和地下部发育、延缓衰老、调节营养吸收等功能。水稻中,内源细胞分裂素含量的提高有助于分蘖芽的萌发和selleck激酶抑制剂促进大穗的形成,最终增加单株穗数和每穗粒数这两个产量因子,有利于高产。但是目前对细胞分裂素生物合成、降解和信号转导的研究仍有较大空白。细胞分S pseudintermedius裂素氧化酶/脱氢酶(Cytokinin oxidase/dehydrogenases,CKXs)是一类催化细胞分裂素不可逆氧化裂解,进而维持细胞分裂素稳态的酶。在水稻中,迄今已鉴定出11个OsCKX基因,它们的大部分功能仍然未知。【材料与方法】本研究通过转录组测序(RNA-seq)和β-葡萄糖醛酸酶(GUS)染色法对OsCKX基因的表达模式及其同源关系进行了分析。利用CRISPR/Cas9技术在日本晴和中花11号品种中构建了所有osckx突变体,详细观察所有突变体的表型,以确定OsCKX基因在水稻发育中的作用。再依据osckx单突变体的表型,在日本晴中构建了osckx4/9双突变体。最后分析了日本晴、osckx4、osckx9和osckx4/9的根系与分蘖节的差异基因,揭示了OsCKX4和OsCKX9调控分蘖数量的分子机理。【结果与分析】OsCKX基因具有特异的表达模式,研究发现8个OsCKX基因都在茎基部和花序分生组织的不同时期和不同位置表达。每个OsCKX基因的表达模式各不相同,存在明显的组织特异性。GUS染色还发现OsCKX1在分蘖芽的顶部表达,OsCKX2、OsCKX3、OsCKX4和OsCKX5在基部表达,而OsCKX9在整个腋芽中均有表达。各个OsCKX在调节水稻生长发育的功能有所不同。两年田间试验结果表明osckx4和osckx9在营养生长期分蘖较多,而osckx2分蘖较少。也发现osckx1、osckx2、osckx8和osckx11的顶三叶较对应的野生型水稻显著变长变宽,基部节增粗。在产量结构上,osckx4和osckx9突变体的穗数增多,而osckx9和osckx4的每穗粒数减少。此外,osckx1、osckx2和osckx8突变体的千粒重增加,而osckx11突变体的千粒重下降。由于osckx4和osckx9突变体分蘖数增加,且两个基因序列相近,我们构建了osckx4/9双基因突变体。osckx4/9双突变体明显表现为分蘖增多、株高下降和穗粒数减少的表型,且变化幅度大于osckx4和osckx9单突变体。这些结果表明,OsCKX4RepSox价格和OsCKX9在水稻生长发育过程中存在功能冗余。转录组测序发现日本晴与单突变体、多突变体间存在大量差异基因,详细分析数据猜测OsCKX4与OsCKX9基因在部分调控途径中功能重叠,但同时也具有一定的差异性。【结论】研究揭示了OsCKX家族在水稻中的复杂表达模式。通过检测突变体在整个水稻生长期的表型,我们确定了OsCKX基因在水稻生长发育中的作用,其中OsCKX4和OsCKX9在调控水稻分蘖发生过程中具有重要作用。