摘要

蔗糖磷酸合成酶（SPS）是蔗糖生物合成途徑中的關(guān)鍵酶，它調(diào)節(jié)植物中源組織和匯組織之間的碳分配。盡管其重要性已被廣泛認(rèn)可，但水稻中各個OsSPS亞型在植物體內(nèi)的具體作用仍不明確。在本研究中，我們利用CRISPR/Cas9技術(shù)對粳稻（Oryza sativa，品種Dongjin）中的OsSPS1和OsSPS2基因進行了靶向敲除（KO）突變體的制備，以探討SPS缺乏所帶來的生理、代謝和農(nóng)藝效應(yīng)。通過Sanger測序確認(rèn)了這些純合敲除系，并通過qRT-PCR驗證了OsSPS基因表達水平的顯著下降。代謝組分析顯示，敲除系中的蔗糖含量顯著降低（減少了60%），而葡萄糖和果糖含量分別增加了1.9倍和2.2倍，表明蔗糖生物合成受到干擾，糖分分配也發(fā)生了變化。此外，敲除植株的光合效率降低，葉綠素?zé)晒鈴姸龋‵v/Fm）減弱，植株的營養(yǎng)生長受到抑制。糖轉(zhuǎn)運基因（OsSUT1、OsSWEET11）和氮同化基因（OsGS1、OsNRT2.1）的表達也下調(diào)，這表明碳和氮轉(zhuǎn)運系統(tǒng)受到了協(xié)同抑制。重要的是，敲除系的農(nóng)藝性狀（如穗數(shù)、籽粒灌漿率和千粒重）顯著降低，證實了OsSPS在支持源-匯組織間通信及生殖發(fā)育中的關(guān)鍵作用。這些發(fā)現(xiàn)表明，OsSPS基因是水稻中糖分分配、光合作用和產(chǎn)量的核心調(diào)控因子。本研究為SPS在作物產(chǎn)量決定中的功能重要性提供了遺傳和生理學(xué)證據(jù)，并為未來旨在提高碳利用效率的代謝工程策略奠定了基礎(chǔ)。