水稻是世界上最重要的粮食作物之一,其生长发育及繁殖与光合作用息息相关,其中光合作用的效率是作物产量的重要影响因素。植物进行光合作用的主要场所为叶绿体,其发育发生变化不仅会引起植株叶色的改变,还会影响植物的光合效率。目前提高水稻作物产量仍主要育种目标,因此提高光合效率对水稻增产具有重要意义。本实验室在前期研究中,发现叶绿体发育相关基因OsDCL(LOC_Os08g21 700)存在于水稻第8号染色体上的着丝粒区域,在构建OsDCL基因的相关遗传材料基础上,初步研究发现OsDCL基因与水稻叶绿体发育、叶绿素合成密切相关,进而对植株生长发育产生影响。本研究在此基础上,对水稻OsDCL基因的生物学功能进行深入研究,相关结果如下:1.通过系统进化树分析并且获得OsDCL在水稻中的两个同源基因,对它们进行表达量分析,发现在水稻各组织中均有表达,OsDCL基因在水稻叶片中的表达量最高。2.对OsDCL基因的CRISPR/Cas9突变体材料进行测序鉴定明确了KO-1、KO-2突变体材料分别发生了单碱基C缺失和单碱基T插入突变;对OsDCL基因过表达材料及RNAi材料进行基因表达量分析发现,OsDCL基因在过表达材料中的表达量显著高于野生型,而在OsDCL-RNAi材料中的表达量显著低于野生型。3.对三种转基因材料进行农艺性状考察发现,OsDCL基因对水稻的株高、产量、粒型、粒重等都产生了显著影响,OsDCL基因的敲除及干扰材料植株生长发育受到了显著抑制,叶色变黄,籽粒变小,粒重降低。而OsDCL基因过表达材料的产量显著升高,且籽粒变大,粒重升高。4.对野生型及OsDCL基因过表达植株籽粒灌浆动态进行分析,发现OsDCL基因过表达材料的籽粒发育趋势与野生型基本一致,但籽粒的鲜重和干重都要高于野生型。5.进一步对OsDCL基因过表达植株及其野生型的光合特性指标进行了测定,发现发现过量表达OsDCL基因可显著提高水稻植株的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著提高,而细胞间CO2浓度显著降低。但Osdcl突变体表现出相反的趋势,净光合速率、气孔导度和蒸腾速率比野生型显著降低,细胞间CO2浓度相比于野生型显著升高。SPAD值测定结果显示,过表达材料的叶绿素含量要显著高于野生型,Osdcl突变体植株叶片的叶绿素含量要显著低于野生型。6.通过对相关突变体材料及野生型植株的叶片横截面进行树脂切片实验,发现OsDCL基因对水稻的叶肉细胞结构总体影响不大,过表达材料的叶肉细胞有增多趋势,维管束鞘细胞有减少趋势。而后对水稻突变体材料及野生型的叶绿体结构进行电镜扫描观察,结果显示敲除及干扰OsDCL基因会导致水稻的叶绿体结构受损,基粒模糊,类囊体片层结构散乱。而OsDCL基因过表达材料中的叶绿体发育要优于野生型,并且叶绿体中的淀粉粒变大变多。以上研究结果表明,OsDCL基因通过调控叶绿体的形成来影响光合作用,与水稻的产量性状密切相关。提高OsDCL基因的表达有助于增强光合作用,最终提高产量潜力。本研究为更深入了解OsDCL基因的功能奠定基础,为利用基因工程的方法提高水稻产量提供可能。