水稻是我国四大粮食作物之一,其中全球近50%的人口以大米为主食。水稻的光合作用是水稻产量构成的关键因素之一,叶绿素是植物叶肉细胞内叶绿体参与光合作用的重要色素,在光能的吸收、传递和转换中也起着关键作用。叶绿素能使有机体呈现绿色,叶绿素主要存在于细胞器叶绿体中。水稻叶色突变是一种比较常见的突变性状,涉及到的突变基因往往直接或间接影响叶绿素的合成以及降解和影响叶绿体发育,从而影响水稻光合作用,造成植株减产甚至死亡。近年来大量调查研究结果表明,叶色突变体是植物叶绿素的生物合成和降解途径、叶绿体的结构和功能、叶绿体的遗传发育调控机理、光合作用机制、农作物标记性状等研究的理想材料。本研究从利用EMS(Ethyl methane sulfonate)诱变籼稻恢复系缙恢10号产生的突变体库中,筛选获得1份稳定遗传的黄绿叶突变体ygl13(yellow-green leaf 13)。以野生型籼稻缙恢10号和突变体ygl13为材料,开展了形态学鉴定、叶绿体发育的透射电镜观察、农艺性状考察、遗传分析、载体构建、基因定位和克隆计以及基因表达模式的研究,主要研究结果如下:1.形态学分析突变体ygl13(yellow-green leaf 13)在苗期,叶片即呈现出黄绿色,且该表型一直持续到成熟期。在苗期和孕穗期,与野生型缙恢10号相比,ygl13突变体叶片的类胡萝卜素和叶绿素等光合色素含量均极显著降低。ygl13的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量在苗期分别降低了41.9%、43.8%、42.3%和33.5%,在孕穗期分别降低了33.3%~41.6%、42.5%~46.8%、35.4%~43.5%和30.8%~41.6%。2.超显微结构观察与野生型相比,突变体ygl13的叶肉细胞结构与野生型相比虽无明显差异,但从叶肉细胞内部的叶绿体结构来看,突变体叶绿体类囊体结构异常,基粒片层明显减少,排列疏松且呈不规则的散乱分布。3.农艺性状考察在成熟期分别测量野生型和突变体ygl13的剑叶、倒二叶和倒三叶的叶长和叶宽,结果显示,与野生相比,突变体ygl13剑叶和倒二叶的叶长极显著增加,分别增加了34.75%和22.62%。大田拷种结果分析表明,与野生型相比,突变体ygl13的株高极显著降低了12.33%,结实率显著降低了18.82%,每穗总粒数显著升高了26.06%,穗长、有效穗、每穗实粒数和千粒重无显著差异。4.遗传分析利用叶片表型为正常绿色的不育系籼稻西农1a作为母本,与黄绿叶突变体ygl13进行杂交,得到的f1植株叶片均表现为正常绿色,而在f1自交的f2群体中出现了叶色性状分离,其中正常单株1942株,黄绿色突变株602株,经χ2检验,正常单株数和突变株符合3:1的分离比例(χ2=2.35<χ20.05=3.84),表明ygl13的黄绿叶性状受一对隐性核基因控制。5.基因的分子定位利用bsa法筛选连锁标记,结果显示目的基因与rm6429和rm310连锁,用网站公布的ssr引物和自主合成的indel(insert/delet)标记将目的基因定位在indel标记id43和id69之间,两标记的交换株数分别为44株和6株,且遗传距离分别为4.5cm和0.5cm,标记之间的物理区间约为318kb。6.候选基因的分析和克隆参考ncbi、gramene、ricegenomebrowser以及国家水稻数据中心等网站对定位区间318kb内52个注释基因进行分析,发现1个脂酰辅酶a结合蛋白,2个核糖体蛋白,2个f-box和duf结构域结合蛋白,2个三角状五肽重复蛋白,1个红素氧还蛋白,1个myb家族转录因子,1个锌指结构域结合蛋白,1个rna聚合酶因子,1个线粒体dadh-脱氢酶亚基,1个自水解酶结构蛋白,1个类纤维素合酶,1个分泌转运蛋白,1个胞苷酰转移酶,1个dna-j结构域蛋白,1个跨膜蛋白,1个无脑回类似蛋白,1个nuf2家族蛋白,1个mps粘和激酶,1个dna聚合酶δ亚基,1个应激蛋白,3个假定蛋白,20个表达蛋白,6个转座反转座蛋白。选取其中12个可能和叶色相关的基因进行测序,结果发现ygl13突变体在ossig1编号loc_os08g06630基因编码区的第1005个碱基g突变为碱基a(位于第三外显子),造成编码色氨酸(Trp)的密码子突变为终止密码子,导致蛋白翻译提前终止,最终导致该基因编码520个氨基酸的蛋白质突变为334个氨基酸的截短蛋白,该基因与已报道的水稻质体σ因子OsSIG1为等位基因。7.基因的表达分析相较于野生型,突变体叶绿素合成基因和光系统相关基因的表达呈现有升有降的紊乱趋势。对野生型和突变体YGL13基因的表达进行分析,结果表明突变体的表达量有降低的趋势。