摘要：[背景]植物花粉包裹的花粉外壁作为植物雄性配子的天然保护屏障对植物的生殖发育起到非常重要的作用。植物花粉外壁的主要成分是孢粉素,主要由脂类物质和酚类物质构成。因此,脂类物质和酚类物质的代谢是植物花药内外壁形成和花粉外壁形成的关键步骤。在其合成过程中,PKS1/PKSA/LAP6 和 PKS2/PKSB/LAP5在不同物种间发挥保守的生化功能。[目的]通过研究水稻 OsPKS1和 OsPKS2在花药内外壁和花粉外壁发育过程中的作用,为水稻花药内外壁和花粉外壁合成机理提供新认识。[方法]水稻花药发育基因共表达网络 AntherNet 预测到一个可能参与孢粉素合成的基因 OsPKS1,利用 CRISPR/Cas9 技术在野生型 9522 背景和突变体 ospks2背景下敲除 OsPKS1获得 ospks1单突变体和 ospks1 ospks2双突变体。在同一生长条件下比较野生型和突变体植株表型,分析突变体植株的营养生长和花器官发育情况。通过 I2-KI 染色分析 ospks1和 ospks1 ospks2的花粉活力。通过半薄切片观察野生型和突变体各个时期花药四层细胞发育及小孢子发育,利用扫描电子显微镜观察野生型和突变体花药外壁、花药内壁和花粉外壁表面的精细结构,利用透射电子显微镜观察野生型和突变体花药壁细胞、花粉外壁和乌氏体的精细结构。[结果]获得 4 个 ospks1单突变体和 4 个 ospks1 ospks2双突变体,其中,ospks1-3是纯合的单突变体,ospks1-4 ospks2是纯合的双突变体。ospks1-3和 ospks1-4 ospks2均呈现雄性不育的表型。ospks1-3与 ospks2的花粉外壁和乌氏体结构均不正常,但两者结构不同。ospks1-3花药表面可形成凸起的外壁结构;绒毡层可正常降解。花粉外壁内部形成大量微小的空洞,柱状体变短,无法有效连接覆盖层和花粉外壁内层;乌氏体的底部结构减小,顶部结构增多,并且较野生型更为尖锐。ospks1-4 ospks2 花药外壁角质层减少;绒毡层无法

关键词：水稻 ospks1 ospks2 孢粉素 花粉外壁 

单位：上海交通大学生命科学与技术学院; 上海200240; 阿德莱德大学农业食品和葡萄酒学院; 澳大利亚SA5005