蔗糖作为光合作用的终产物和同化物长距离运输的主要形式,其自源端合成后经由韧皮部转运至库端需要蔗糖转运蛋白（SUT）的参与。同化物在“源”和“库”之间的流动由“源强”和“库强”二者共同决定。同化物在不同的库组织之间的分配决定了各器官的发育程度和最终产量因素的形成,而蔗糖的运输产生的动力亦可以推动其它光合产物在韧皮部的运输。目前,有研究报道SUT作为蔗糖运输载体,在蔗糖进出韧皮部、库组织蔗糖供给、蔗糖贮存、蔗糖转运调控以及其它小分子物质转运等多种生理过程中发挥重要作用。此外,前人的研究已证实有的蔗糖转运蛋白参与生长发育和种子灌浆过程,而关于蔗糖转运蛋白如何影响同化物在库端的卸载和分配却鲜有报道。在本研究中,以“日本晴”为材料,利用CRISPR/Cas9技术获得了OsSUT4基因突变株并对其功能进行了探索。根据OsSUT4的核酸序列（GenBank序列号:AB091673.1）,设计CDS上的靶标并构建载体,转化水稻成熟胚诱导的愈伤组织,经分化和再生获得OsSUT4基因编辑植株。三代以上连续自交后去除Cas9蛋白的遗传背景并获得纯合突变体。构建OsSUT4-GFP重组质粒,并在洋葱鳞片叶表皮细胞中进行瞬时表达,激光共聚焦显微镜下观察到OsSUT4-GFP融合蛋白的绿色荧光分布在液泡膜上,并且可以与载体的游离绿色荧光区别开来。因此,OsSUT4是一个液泡膜定位的水稻蔗糖转运蛋白。GUS染色实验结果表明,OsSUT4在库器官中表现出更高的表达水平。在拔节-孕穗期的幼穗、伸长中的节间,开花当天的雌雄蕊和穗下节,成熟种子的胚中都可以检测到较高水平的OsSUT4启动子活性。但在各阶段的叶片、叶鞘和根中都没有检测到明显的GUS染色信号。实时荧光定量PCR检测OsSUT4的mRNA水平与GUS染色结果一致。鉴于OsSUT4在幼穗中高水平表达,为探索其突变后对幼穗造成的影响,取拔节-孕穗期的幼穗样品进行扫描电镜观察,发现ossut4突变体的一次枝梗、二次枝梗和颖花发育明显滞后于野生型。随即检测ossut4突变体和野生型幼穗中的糖含量,发现其可溶性糖含量显著减少。又检测了与幼穗紧密连接的幼茎中的糖含量和幼茎中的糖分输出情况,发现幼茎中的糖分含量升高,但幼茎的糖分运输能力不受影响。在自然培养条件下,ossut4突变体中的可溶性糖和淀粉在各个组织中的积累情况发生改变,用稳定同位素¹³CO₂标记突变体和野生型,发现突变体中碳同化物在幼茎中的分配比例升高,幼穗中的比例减少。表明OsSUT4参与了同化物在库组织之间的分配并对幼穗的发育造成影响。检测幼穗中其它4个OsSUTs和水稻中以蔗糖为转运底物的OsSWEETs的基因转录水平,发现其它OsSUTs无显著变化,但OsSWEETs的表达水平多数被上调,因此,OsSUT4缺失引起的功能不足可能由OsSWEETs的上调表达来补偿。对ossut4突变体和野生型的田间性状进行统计,结果显示ossut4突变体株高变矮,而穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、每穗粒数、小穗数等均显著减少。对产量进行统计发现,突变体的单株产量和小区产量均显著下降。对ossut4突变体的种子进行检测,发现其粒长、粒宽皆高于野生型。对种子的横切面进行扫描电子显微镜观察,发现突变体种子的淀粉粒呈现球状或椭球状,胚乳结构松散;对稻米品质进行检测,发现突变体的糙米中直链淀粉含量升高。而检测灌浆过程中OsGBSSⅠ的转录情况,发现其表达量显著高于野生型,这表明它可能合成了过量的直链淀粉导致胚乳结构改变,使得突变体的稻米品质下降。取ossut4-6突变体和野生型的幼穗进行转录组测序,差异表达基因的COG数据库注释结果表明被最高频率注释到的是信号转导机制,且在幼穗中进行KEGG通路富集分析发现最可靠的通路是淀粉和蔗糖代谢。这个结果提示,OsSUT4可能通过参与淀粉和蔗糖代谢产生信号物质进而影响植物生长发育。本研究利用多种生理手段探索了水稻蔗糖转运蛋白OsSUT4的表达模式和它在幼穗发育早期可能的作用,发现其功能缺失引起穗发育异常、产量下降,且其植株营养生长状况、稻米品质均受到影响。