本文包含两个研究课题,水稻矮秆多分蘖突变体mz3和卷叶突变体crl3的图位克隆与基因功能分析。本文研究材料,是由甲磺酸乙酯(EMS)分别诱变水稻粳稻品种中花11和南粳5055得到的两个突变体,分别为矮秆多分蘖突变体mz3和水稻卷叶突变体crl3。经育种学家们多年研究分析和总结表明,水稻的株高与叶片的适度卷曲是构成超高产水稻理想株型的重要组成因子。20世纪50年代水稻的一次“绿色革命”,通过矮秆育种,使得水稻的产量得到大幅度的提升。叶片的适度卷曲能够改善群体的通风透光性,增加群体光合效率,从而提高生物产量。矮秆多分蘖突变体mz3,与野生型相比,在整个生育期较显著的表型为植株株高变矮以及分蘖数增加,且除结实率无差异外,其他农艺性状如粒长/宽/厚、千粒重、每穗粒数等均有极显著性差异。通过遗传分析表明,该突变表型受一对隐性基因控制。利用籼稻品种南京1 1与mz3进行杂交构建的F2群体进行定位,将该基因定位于第6染色体上的RM19353和RM510两个SSR标记之间,物理距离约为747 kb。由于已发表的控制水稻株高分蘖的D3基因位于该定位区间内,综合表型分析推测,突变基因与D3基因可能是一对等位基因。分别对野生型与突变体mz3中的D3基因进行测序,结果显示,与野生型相比,mz3中的D3基因在第636位核苷酸由G突变为A,使得密码子TGG突变成为终止密码子TGA,导致翻译提前终止。通过亚细胞定位表明,突变体编码的D3蛋白与野生型一样能够定位在细胞核中。通过BiFC试验显示,野生型中的D3蛋白能够与D14蛋白正常发生互作,而突变体的不能与D14蛋白发生互作。因此推测突变体编码的D3蛋白因翻译的提前终止,没有影响D3蛋白的定位序列,但缺失了与D14互作的氨基酸序列,进而阻碍了SLs信号传递。因此,mz3表型很可能是由D3基因突变引起。水稻卷叶突变体crl3,与野生型相比,突变体表型在成熟期,倒二叶叶片变窄变短,且有轻微内卷,但并无折皱现象,剑叶呈现沿轴向内卷曲,且会出现明显不规则的、不同程度的折皱现象。统计分析结果显示,与野生型叶片相比,crl3突变体叶片卷叶指数(LRI)在成熟期增加了5倍。通过遗传分析表明,突变体受一对隐性基因控制。利用籼稻品种N22与crl3进行杂交构建的F2群体进行定位,最终将突变基因定位在第3染色体SSR标记RL3和InDel1之间,其物理距离约为146.5kb。对该146.5kb定位区间进行ORF预测分析发现,该定位区间内包含29个开放阅读框,结合所含所有基因信息,及其编码蛋白功能,预测基因,并设计引物,分别对crl3和南粳5055进行测序。测序的结果显示,其中一个注释编码ATP-dependent Clp protease proteolytic subunit的基因(Os03g0308200)第4内含子的第一个碱基由G突变为A,该突变位点正好位于mRNA前体的内含子剪切位点。随机选取F2定位群体中的10株隐性极端个体,在该突变位点进行测序。结果显示,该10株隐性极端个体,突变位点与突变体crl3相同。进一步证明了,基因(Os03g0308200)第4内含子的第一个碱基的单碱基突变,可能影响了突变体中基因的正常剪切,进而产生与野生型不同的转录本进而影响蛋白的功能,从而出现了突变表型。发现与已报道的卷叶突变体srl2的SRL2基因为一对等位基因。