叶绿体是高等植物光合作用的场所,同时负责各种代谢物的生物合成和储存,是植物细胞内多种代谢和调节功能的中心枢纽。叶绿体的发育异常会导致叶绿素含量的变化,从而产生叶色突变体。水稻作为重要的粮食作物和单子叶模式生物,目前已有许多关于叶色突变体的研究报道,并且克隆了多种与叶绿素生物合成和降解途径以及叶绿体发育相关的基因。然而,仍有许多参与叶绿体发育和调节叶绿素代谢的基因是未知的。本实验室前期研究发现水稻第8染色体着丝粒区域存在活性基因OsDCL(LOC_Os08g2700),该基因同源注释与叶绿体发育相关。本研究以该基因OsDCL为研究对象,构建了该基因的过表达、干扰和CRISPR/Cas9基因编辑材料开展相关研究,明确OsDCL基因对水稻的叶片颜色和生长发育具有重要作用。包括以下主要研究结果:1.OsDCL基因序列全长4185bp,包含三个外显子区域,其编码序列长度较短,仅为579bp。该基因在水稻不同组织中均有表达,其中在叶片中的表达水平最高。同时OsDCL蛋白定位在叶绿体中。2.对OsDCL过表达和RNA干扰植株的表达量鉴定结果显示,与野生型相比,干扰植株中的表达量显著降低,过表达植株的表达量则显著升高。利用CRISPR-Cas9技术编辑OsDCL基因,成功获得了单碱基C缺失的纯合突变体和单碱基A插入的纯合突变体。3.对OsDCL基因的RNAi、过表达植株和dcl突变体植株农艺性状考察结果显示,过表达植株较野生型叶片颜色变深,每穗粒数增加,籽粒变大,千粒重显著提高。而OsDCL-RNAi植株和dcl突变体植株形态和农艺性状相似,表现出叶片变黄,穗长变短,每穗粒数减少,籽粒变小,千粒重显著降低。并且该基因对水稻稻米的外观品质以及理化品质产生一定影响,特别是垩白度变化明显。4.OsDCL过表达植株中的总叶绿素含量和叶绿素各组分含量较野生型的显著上升,而DCL-RNAi植株和dcl突变体植株中的总叶绿素和叶绿素各组分含量均下降。通过电镜扫描结果发现,OsDCL过表达转基因植株中的叶绿体较野生型体积变大且基粒片层变厚,OsDCL-RNAi转基因植株叶绿体中的基粒减少且排列无序,说明OsDCL基因与叶绿体的正常发育密切相关。5.通过qRT-PCR分析光合作用中相关基因的表达水平,发现大多数在过表转基因植株中的表达水平上升,而在OsDCL-RNAi植株和dcl突变体植株中的表达水平降低。进一步通过Western blot分析发现大多数参与叶绿素生物合成以及叶绿体发育蛋白在OsDCL过表转基因材料中蛋白水平升高,而在OsDCL-RNAi植株和dcl突变体植株中蛋白水平下降。说明OsDCL基因的表达与叶绿素合成以及叶绿体发育密切相关。