第一部分水稻光敏色素生色团合成基因对水稻开花时间和叶色的调控　　 水稻生育期是决定品种栽培地区与种植季节的重要农艺性状，一直为水稻育种工作者所重视。因此，对水稻生育期分子调控机制的深入研究不仅在理论上具有重要意义，在育种实践上也具重要的指导意义。本研究从筛选水稻早、晚花突变体着手，对其中一个极早熟突变体ef740进一步研究。ef740除表现极早熟外，还表现矮化、黄叶、育性降低等多种表型。我们通过图位克隆方法克隆了EF740基因(OsHO1)，证明与SE5等位，编码一个血红素加氧酶，处于光敏色素生色团吡咯化合物合成途径中对血红素氧化分解。过量表达和OsHO1-RNAi转基因水稻显示出早花的表型。为了进一步了解光敏色素生色团吡咯化合物合成途径对水稻开花的影响，我们搜寻水稻数据库发现存在另一假定的血红素加氧酶成员OsHO2和一个假定的光敏色素生色团合成酶基因OsHy2；过量表达部分OsHO2cDNA和OsHO2-RNAi对水稻的开花期没有影响，但叶色变黄。但在OsHY2-RNAi植株中，其开花时间大大提前，而过量表达OsHY2植株与对照没有明显不同的表型。过量表达的OsHY2转入拟南芥突变体hy2植株能够互补其突变表型，表明OsHY2具有光敏色素生色团合成酶活性。以上结果表明光敏色素生色团吡咯化合物合成途径基因功能在水稻和拟南芥中相当保守，可以通过调控光敏色素生色团合成途径基因来控制水稻的开花期。另一方面ef740突变体及OsHY2-RNAi植株表现出明显的叶片黄化，叶绿体的发育受阻，这与一些叶绿素合成基因及叶绿体发育相关基因表达的变化相一致。　　 第二部分 ABA类胡萝卜素前体合成基因的突变导致水稻的穗发芽和光氧化胁迫　　 禾谷类作物的穗发芽是一种重要的不良农艺性状，不仅造成小麦、水稻等作物的显著减产，而且严重影响谷物加工及营养品质及种用价值，导致严重的经济损失。研究表明，禾谷类作物穗发芽受遗传和环境因子共同调控。目前已从许多物种中鉴定出穗发芽相关突变体，然而在禾谷类作物中仅玉米上积累了相关突变体。我们实验室利用自然气候条件，从16000个水稻突变体中筛选出一批水稻穗发芽突变体，经过两轮筛选鉴定出12个穗发芽突变体，根据性状将其分成三类：第一类为穗发芽纯合苗白化致死；第二类穗发芽植株萎蔫失水表型；第三类穗发芽纯合绿苗致死。本论文对其中第一类幼苗白化致死穗发芽突变体进行了详细研究。　　 图位克隆和遗传学研究表明，幼苗白化致死穗发芽突变体是由编码脱落酸(ABA)合成前体类胡萝卜素合成酶相关基因发生突变而引起，分别为八氢番茄红素脱氢酶(OsPDS)、ζ-胡萝卜素脱氢酶(OsZDS)和番茄红素β环化酶(OsLYC-β)基因。HPLC分析发现，这些突变体缺少了大部分类胡萝卜素，而积累了不同的类胡萝卜素中间产物。电镜观察显示，这类突变体细胞内没有完整的叶绿体发育从而导致光合作用功能丧失，导致纯合突变体致死。通过OsLYC-RNAi植株对其进行进一步研究发现，OsLYC-RNAi转基因株系出现了明显的光氧化表型，并在叶片中累积活性氧。叶绿体荧光分析发现光合系统发生光抑制现象。突变体中ABA含量显著降低，而在Oslcy-β突变体种子中GA含量升高。这些结果表明类胡萝卜素的合成基因的突变一方面是使光系统组成成分一类胡萝卜素缺失或减少造成了光氧化表型。另一方面，由于类胡萝卜素是ABA合成前体，从而导致ABA含量减少，GA含量升高从而造成穗发芽表型。