水稻是单子叶植物,也是我国重要的粮食作物,俗话说“根深叶茂”,其根系的生长发育直接影响到植株对水分以及营养物质的吸收,进而影响到整株植株的产量,故而水稻根系的遗传育种研究是水稻育种研究的一个重要方向。DNA拓扑异构酶Ⅰ在生物体中普遍存在,水稻中的DNA拓扑异构酶Ⅰ由OsTOPⅠ基因编码,通过催化DNA链的瞬时断裂和连接,从而控制DNA的拓扑状态,参与到水稻整个生活周期中的DNA的复制、重组、转录等过程,在水稻的生长发育方面发挥着重要作用。本课题着重于OsTOP Ⅰ在水稻根系发育中的功能及分子机理探究,可为水稻根系的遗传育种提供一定的借鉴。主要结果如下:1、由DNA拓扑异构酶Ⅰ的抑制剂喜树碱(camptothecin,CPT)对野生型材料(中花11,ZH11)及OsTOP1-RNAi材料的外源处理,确定了 RNAi材料对抑制剂的敏感性变弱,同时结合qRT-PCR、WestemBlot的实验分别从mRNA、蛋白质水平确定了 RNAi材料中OsTOPⅠ的表达量减少,验证了 RNAi材料的可靠性,也确定了关键遗传材料在培养皿上的主根上的表型,根长变短,C15家系主根弯曲生长,侧根起始时间推迟且侧根的数目减少。2、ZH11以及不同RNAi家系的水培结果表明,相较于ZH11,不同RNAi家系的整体根系生物量及地上部分的生物量均减少。3、OsTOP1基因主要在根的中柱及分生区表达,提取处理组及对照组水稻根尖部位的RNA,进行了转录组测序,筛选到系列处理后下调表达的与生长素信号相关的基因。4、以处理组及对照组水稻主根为材料,展开DRIP-seq实验,筛选出系列处理后R-loop量上调的生长素信号相关基因。5、通过提取RNAi家系及ZH11材料的RNA,对所有的生长素相关的基因进行表达量的鉴定,得到系列差异表达的基因,同时验证RNA-seq以及DRIP-seq得到的相关数据,最终推断出一个可能的OsTOPⅠ对水稻根系生长发育影响的模型。综上,OsTOPⅠ主要在水稻幼苗根的分生区及中柱表达,CPT的处理会影响水稻根中生长素的分布,综合RNA-seq、DRIP-seq、qRT-PCR的数据,我们推断DNA拓扑异构酶Ⅰ通过阻止R-loop的富集来影响生长素的表达水平进而调控水稻根的发育。