水稻是世界主要粮食作物之一,通过筛选叶色变异突变体并克隆相关基因可以深入研究叶绿素代谢途径及光合作用机制。探究提高水稻光合作用效率的机理,对增加水稻产量具有重要意义。叶片是植物进行光合作用的重要器官,是作物产量形成的基础。叶色变异突变体是植物最常见的变异类型之一,主要分为白化、黄化、浅绿、条纹、斑点五大类。导致叶色变异的原因包括叶绿素代谢受阻、叶绿体发育缺陷、质核信号传导受阻等,叶绿素合成受阻是其中一个重要因素。叶绿素是植物光合作用的重要色素,主要包括叶绿素a、b等,具有捕获光能,并将光能传递到反应中心的作用。编码催化叶绿素合成过程酶的基因突变,是导致叶绿素合成受阻的关键原因。作物叶色突变体不仅是研究叶绿素代谢机理、叶绿体发育机制、培育高光效新种质的前提,而且可以作为性状标记,应用于良种繁育及杂交育种。我们从化学诱变剂EMS处理的粳稻品种Kitaake的突变体库中,筛选得到黄叶突变体yl1,yl1突变体的株高、穗粒数、千粒重与野生型相比均降低。yl1突变体叶片叶绿素b的含量显著低于野生型叶片,并且yl1突变体叶片叶绿体类囊体堆积变薄,淀粉粒数目明显减少。遗传分析表明,yl1黄叶表型由单隐型基因控制,图位克隆定位突变基因为编码叶绿素酸酯a氧化(chlorophyllide a oxygenase,Os CAO1,LOC_Os10g41780)基因发生碱基G到碱基A的点突变。同时,我们订购了Os CAO1的T-DNA插入突变体yl2,yl2突变体叶色表现出与yl1相同的黄叶表型,并且叶绿素b的含量与野生型相比显著下降,这些表型说明yl1黄叶表型是由Os CAO1突变所引起的。序列分析表明Os CAO1突变位点位于催化功能域,且在不同物种之间高度保守;亚细胞定位验证点突变没有改变Os CAO1在叶绿体中的定位。这表明该位点可能是Os CAO1的酶活关键氨基酸位点。此外,我们以Os CAO1为诱饵通过酵母双杂交筛选得到与其互作的蛋白,其中包括Os CBSX3。Os CBSX3是只包含一个CBS结构域的蛋白。CBS结构域具有维持细胞体内氧化还原反应平衡的作用。拟南芥中有6个CBSX,分别定位在不同细胞器。其中,At CBSX1和At CBSX2定位在叶绿体,具有保护细胞免光氧化胁迫影响的功能。水稻中有12个基因通过可变剪接编码22个CBSX蛋白,其中Os CBSX3与At CBSX1/At CBSX2同源性最高,因此推测Os CBSX3可以保护水稻叶片免受光氧化损害。目前,只是初步经过酵母体内验证Os CAO1可以与Os CBSX3互作,并且点突变发生后会影响Os CAO1与Os CBSX3之间的互作。