水稻是中国甚至全世界的重要粮食作物，其产量和品质的提高有重要的经济价值与战略意义。光合作用是影响水稻产量的关键因素，叶绿体作为光合作用的反应中心，行使光能的吸收、传递和转换。研究叶绿素的合成、降解及代谢调控对于提高植物光合作用，增加光能利用与粮食产量有着重要的意义。水稻叶色突变体是研究水稻光合作用，提高水稻产量的理想材料。近年来，水稻中已经报道了200多个叶色突变体，并成功克隆突变基因40多个。叶色突变基因遍布水稻的12条染色体，以3号染色体上分布最多，12号染色体上分布最少。　　本研究从60Co-γ射线辐射的籼稻9311后代中筛选到一个叶绿素缺陷的黄叶突变体，表现为全生育期植株叶片呈黄色。研究内容与结果如下：　　1．遗传分析　　我们利用黄叶突变体与岗早进行正反交验证，以野生型9311作对照。结果显示，黄叶作父本或者母本，其F1代植株叶片均表现为绿色，与对照组F1代表型一致。黄叶作父本或者母本，其F2代都发生性状分离出现黄叶株，且绿叶株与黄叶株的比为3比1，而对照组F2代全部为绿苗。结果表明，黄叶性状为单基因控制的核隐性遗传。　　2．农艺性状分析　　我们对比了黄叶突变体和9311在海南和武汉的生长状态，并在武汉进行了株高、分蘖数、穗数、穗粒数等农艺性状的考察统计。在海南，突变体生长状况良好，株高与野生型相近；在武汉，突变体较野生型矮小，穗数与有效分蘖数减少，穗粒数也有所下降，但是黄叶突变体仍然具有一定的生产能力。　　3．叶绿素含量和总SOD酶活测定　　该黄叶突变体整个生命阶段表现黄色，不返绿，我们提取并测定了4个不同时期的叶绿素a、b和类胡萝卜素的含量。数据显示，突变体中的叶绿素a、b和类胡萝卜素在各个时期均显著低于野生型，并且无法正常积累。突变体中，叶绿素a与叶绿素b的比值显著升高，总叶绿素与类胡萝卜素的比值降低，并且从苗期到抽穗开花期的过程，叶绿素a与叶绿素b的比值逐渐增大，总叶绿素与类胡萝卜素的比值逐渐减小。结果暗示，突变体中叶绿素、类胡萝卜素的合成，叶绿素a、b之间的转化受到了明显的影响，突变基因与这些代谢途径的调控有着密切的关系。本研究在武汉地区检测了突变体的超氧化物岐化酶的活性，数据显示黄叶突变体SOD酶活性并没有降低，说明其抗逆性与抗氧化衰老能力没有降低。　　4．叶绿体结构的观察　　我们利用电子显微镜对比了突变体和野生型的叶绿体结构，结果显示，突变体中部分叶绿体、线粒体形态结构异常，发育不完善。结果表明突变基因与叶绿体，甚至线粒体的分化发育存在着重要的联系。　　5．突变基因的初步定位及候选基因的筛选　　我们对黄叶突变体与9311野生型各自100单株基因组DNA组成的混合池进行了重测序，将目标基因初定位在3号染色体上。通过图位克隆法，以黄叶突变体和岗早作为亲本，利用F2代1325个隐性分离单株构建定位群体，将突变基因定位到3号染色体上的SSR分子标记RM15245和RM411之间，两标记间的遗传距离为1.36cM。本研究取3个生物学重复对突变体与野生型进行了转录组测序和表达谱分析，在两组间共筛选到217个显著差异表达的基因。与野生型相比，突变体中有130个基因显著下调，87个基因显著上调。在这些显著差异表达的基因中，有且仅有一个差异表达的基因BGIOSGA010402在图位克隆法定位的区间内，被认定为候选基因。该基因在染色体上位于23351236-23359659bp，经预测该基因是一个未知功能的新基因，由9个外显子拼接而成，编码1695个氨基酸，蛋白结构与转录因子TFIID亚基相似。　　6．叶绿素合成途径关键基因的表达分析　　为了研究黄叶突变基因与叶绿素合成途径的关系及突变基因的作用机理，本研究以野生型作对照，结合半定量与实时定量PCR技术，对突变体茎和叶组织中叶绿素合成关键基因的RNA表达水平进行了分析。结果显示，在茎组织中，研究选取的8个基因在突变体和野生型中的表达均没有明显差别。而在叶组织中，突变体的YGL1和CHLI两个基因的表达量约为野生型的1.8倍，表达明显上调；CHLD基因的表达量约为野生型的0.6倍，表达明显下调；其余5个基因的表达没有明显差别。研究表明，突变基因能够调控叶绿素合成关键基因YGL1、CHLD和CHLI的表达，从而影响叶组织中叶绿素的合成。