叶片是水稻进行光合作用的主要营养器官,也是蒸腾作用的主要场所,是水稻理想株型的重要组成部分。水稻叶片形态影响光合效率从而对水稻产量产生影响。前人研究表明,水稻的窄叶和卷叶不仅能够保持叶片直立,而且能减少叶片之间的相互遮阳,提高透光率,增加水稻有效光合面积,改善水稻生长中后期光照条件。随着现代分子生物学研究方法和技术的不断创新,发掘具有重要育种价值的叶形基因,明晰其遗传效应,开展理想株型的形态构建并进一步利用分子育种技术培育高产水稻新品种,对提高水稻单产、保障粮食安全具有重要意义。目前,许多学者已经定位并克隆了一些水稻叶片性状发育相关基因,但是叶片形态的遗传和发育机制仍然不甚明朗。因此,本研究基于对水稻叶片性状相关的特殊种质以及突变体材料进行研究,发掘新的叶片形态相关基因并明确其功能,有利于进一步阐明叶片生长发育的分子机理,为叶形基因应用于水稻生产实际奠定理论基础。一、水稻窄卷叶基因Nrl3(t)的定位和功能验证1、本研究通过对籼型水稻强优势恢复系Zh8015经60Co-5辐射诱变获得一个水稻窄卷叶突变体nrl3(t),经多代自交,窄卷叶表型稳定。叶片性状伴随其他农艺性状发生改变,该基因具多效性;突变体nrl3(t)和02428杂交组合的F1植株叶片形态正常,无窄卷叶表型,F2分离群体中,叶片形态分成正常和窄卷叶两类,经统计分析,正常表型与突变型χ2测验符合3:1的分离比,表明Nrl3(t)受1对隐性核基因控制。2、对突变体窄卷叶和野生型正常叶进行切片观察细胞结构。发现突变体叶片维管束极显著减少可能导致叶片变窄,进一步分析发现,突变体的泡状细胞较野生型不够饱满,这可能是导致叶片发生近轴面卷曲的主要原因。3、我们通过在物理距离1809kb区间开发的7个多态标记将Nrl3(t)定位在标记C9与C10E之间,即在第2染色体的32793884～32864280区间内,物理距离70.3kb。4、根据Rice Genome Annotation Project的序列预测信息,这个区间内包含7个开放阅读框(ORFs),其中Os02g0776900是一个GRF家族的转录因子,与植株生长发育有关。比对野生型和突变体Os02g0776900的DNA序列发现,突变体在第2外显子上存在4-bp的缺失,使其编码序列翻译提前终止,于是我们将Os02g0776900作为Nrl3(t)的候选基因。我们一共构建了互补、过表达和GFP3个载体,互补实验表明Os02g0776900就是Nrl3(t)基因的候选基因。二、协优9308重组自交系的卷叶QTL定位及qRL-3-2的近等基因系构建及基因定位1、本研究利用遗传稳定的超级杂交稻组合协优9308重组自交系群体127个株系及双亲为材料,用复合区间作图法(CIM)对卷叶基因进行定位,经全基因组扫描,共检测到3个QTLs,分别命名为qRL-1-1、qRL-3-1、qRL-8-1、贡献率分别为9.34%、8.42%、8.72%。3个QTLs加性效应均为负值,表明来自剑叶卷曲程度较大的中恢9308的3个QTL能增加剑叶卷曲度。2、利用重组自交系单株S57、S130、S198,用中恢9308为轮回亲本,在BC4F2代筛选出一对稳定表现的近等基因系,对该近等基因系鉴定表明其中含有qRL-3-2,且能解释表型变异的48.7%。3、通过267个BC4F4分离家系的叶片卷曲度、每株有效穗、每穗总粒数、每穗实粒数、粒长、粒宽的调查统计发现,所有与近等基因系中家系材料J5相同的带型,表现出叶片更平展,穗长更长、穗粒数变多、千粒重增加、粒长粒宽都增加,但有效穗降低。4、进一步扩大分离群体,将qRL-3-2定位于第3染色体长臂端标记24-3与28-2之间,物理距离167kb,为进一步克隆基因奠定了基础。