随着社会劳动力转移，资源等日益紧张，传统精耕细作式的水稻育秧移插栽培方式已难以满足现代生产方式的需求。以省力、省工、低劳动强度以及低生产成本为特点的水稻直播栽培技术得到了广泛的应用。但目前水稻直播还存在出苗难、出苗不整齐、苗期杂草多、耐倒伏能力较差等问题。其中首先需解决出苗难问题。水稻在一定土壤深度播种具有扎根能力强、土壤养分吸收效率高、节约水资源、防止鸟鼠偷食等优点。研究表明，水稻中胚轴伸长对幼苗迅速破土具有关键作用，是提供其迅速破土的主要动力。因此研究中胚轴在出苗过程中伸长的作用机理、鉴定控制中胚轴伸长的优异基因对于推广水稻直播技术具有重要的意义。本研究通过长中胚轴材料Kasalath和短中胚轴材料日本晴构建的回交重组自交系对黑暗条件下中胚轴长度进行QTL定位，并对其中1号染色体上qME1(quantitative mesocotyl elongation 1)基因进行定位克隆和功能分析，具体研究结果如下：
　　1.不同品种间的中胚轴长度差异范围变化较大，其中籼稻的变异范围更为广泛。长中胚轴材料的出苗率普遍显著高于短中胚轴的材料。中胚轴伸长主要靠其细胞扩增，且中胚轴中上部细胞伸长提供破土主要动力源。
　　2.控制中胚轴伸长主效QTL位点qME1，LOD值为5.2，贡献率为16.9%。同时控制出苗率的QTLqER1(quantitative emergence rate 1)和qME1位点重合，暗示可能为同一QTL位点基因控制中胚轴长度和幼苗出苗率。
　　3.利用qME1所在的以日本晴背景的代换系材料(SL-5)和日本晴杂交构建次级F2群体将qME1精细定位在标记Indel标记LV-7和LV-8之间，区间大小约为47.5kb。其中ORF1编码OsGA20ox2，即矮化绿色革命基因SD1。在Kasalath背景下敲除SD1基因，突变体显示中胚轴变短、出苗率降低的表型，表明qME1就是SD1基因。
　　4.测序分析发现SD1主要有3种代表性基因型：以日本晴为代表的SD1EQ型：主要是粳稻类型，表现短或无中胚轴；以Kasalath、Peta为代表的SD1GR型：主要是绿色革命前的品种以及地方农家高秆品种和野生稻，表现较长中胚轴；还有一类以IR8、Guangluai4为代表的绿色革命品种SD1Null型，表现较短中胚轴。含有SD1GR基因型的绿色革命前品种普遍具有较长的中胚轴和较高的茎秆，暗示中胚轴伸长性状随着矮化育种的进程和高秆性状一起逐渐丢失。
　　5.通过测定发现，水稻幼苗覆土生长过程中乙烯释放含量上升。由于过表达乙烯信号转录因子OsEIL1的中胚轴和胚芽鞘与过表达SD1表型类似，因此乙烯信号可能介导GA合成途径促进中胚轴伸长、破土出苗。SD1表达水平受到乙烯以及覆土深度诱导，生化和遗传学证据表明OsEIL1能直接促进SD1基因的转录活性，调控中胚轴伸长。
　　6.GA信号核心因子SLR1蛋白水平受到土壤机械压力抑制，敲除slr1材料表现较长的中胚轴和较高茎秆。SLR1与水稻中暗形态建成因子基因OsPIL13发生相互作用，过表达OsPIL13家系表现与slr1材料类似表型。此外，SLR1抑制OsPIL13对下游扩张素基因OsEXPA4转录激活作用，过表达OsEXPA4家系也表现较长中胚轴表型。
　　7.qME1可以促进耐淹条件下迅速出苗以及提高种子直播的萌发速率，显示其在水稻直播方面的应用价值。通过对暗处理的黄化苗中胚轴组织的转录组数据分析，筛选出特异在黄化苗中胚轴、胚芽鞘特异高表达的启动子，在中胚轴部位异位表达SD1基因。转入典型粳稻品种日本晴和绿色革命品种广陆矮4号中，以期筛选出中胚轴长、出苗率高、扎根能力强且株高适中不易倒伏的材料，为直播稻育种奠定坚实的基础。