水杨酸作为一类植物激素,具有重要的生物学功能。异分支酸合成酶(ICS)是SA合成的关键酶,在双子叶植物中研究的较清楚,其中拟南芥ICS是SA合成的主要通路。水稻是世界上最重要的谷类作物之一,体内SA含量远远高于拟南芥等双子叶植物,高水平的SA在水稻体内可能具有更加重要的作用,但是水稻SA合成途径尚不清楚,所以本课题利用反向遗传学、生物化学、酶学、代谢组学、植物生理学、农学等手段研究了水稻异分支酸合成酶基因OsICS1的功能,取得的主要研究结果如下:(1)证明了OsICS1在体外具有催化分支酸生成异分支酸的能力。将OsICS1在异源系统中进行蛋白表达纯化,并通过酶活测定证明OsICS1在体外可以催化分支酸生成异分支酸,催化活性约是AtICS1的81.7%。(2)OsICS1的组织表达特征和蛋白定位研究。为阐明基因功能,通过研究OsICS1组织表达模式,发现其主要在叶片中表达,且不同时期叶片表达差异不显著;其次在浸泡24 h后的胚芽中显著诱导OsICS1表达,萌发24 h、48 h胚芽中表达升高更加显著;SA、IAA、6-BA、tZ、ACC、ABA不影响OsICS1表达水平,受JA诱导表达较弱;白叶枯病原菌(Xanthomonas campestris pv.oryzae)P6处理不影响OsICS1的表达。对proICS1::GUS转基因水稻材料研究表明,OsICS1在水稻叶片、萌发后种子胚芽和幼穗花药中表达较强,在根中表达较弱,在茎中基本没有表达。OsICS1亚细胞定位在细胞质中。(3)对不同时期的osics1突变体的SA代谢进行分析。根据OsICS1表达模式对osics1进行SA代谢分析,在干种子胚芽、浸泡48 h胚芽、萌发24 h胚芽、不同时期叶片和不同时期穗子中osics1SA含量与NIP相比均无显著差异,证明OsICS1不明显参与合成SA,或是存在SA合成的其它补偿途径。(4)对不同时期的OsICS1超表达材料的SA代谢进行分析。本研究通过对OsICS1OE材料的叶片与胚芽SA进行检测,发现超表达植株中Free SA、Total SA和羟基化产物2,5-DHBA含量与野生型水稻相比均无显著性差异,证明OsICS1在水稻体内不明显参与合成SA。(5)发现osics1突变体具有延迟萌发表型。通过对osics1进一步研究,发现与NIP相比具有显著延迟萌发的表型,浸泡24 h osics1胚芽中ABA含量升高52%-110%,JA含量也显著升高46%-215%,IAA、ACC与不同类型的细胞分裂素无显著变化。(6)发现osics1突变体具有大粒表型。为了阐明OsICS1在水稻体内的功能,本研究对大田农艺性状进行统计分析,发现osics1粒长、粒宽和千粒重显著增加,OsICS1突变影响粒型。以上研究表明,OsICS1主要在叶片、胚芽和幼穗花药中表达,亚细胞定位在细胞质中。虽然在体外OsICS1可催化分支酸合成异分支酸,但是在水稻体内OsICS1不明显参与合成SA,推测IC途径不是水稻SA合成的主要途径。我们还发现osics1突变体具有显著延迟萌发的表型,胚芽中ABA与JA显著升高,证明OsICS1影响种子萌发。农艺性状统计分析证明osics1粒宽、粒长和千粒重显著增加,OsICS1调控水稻粒型。总之我们的研究结果说明IC途径可能不是水稻SA合成的主要途径,OsICS1可能在种子萌发和籽粒大小形成中起到重要作用。研究结果对于阐明SA在水稻中的合成途径以及水稻OsICS1的生理功能具有重要意义。