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水稻作为世界上最主要的粮食作物之一,其产量在全球粮食问题中起着举足轻重的作用。一切动物植物的能量最终来源都是太阳能,而光合作用作为生命最重要的能量代谢过程,其效率直接决定水稻的产量以及品质等性状。作为光合反应的发生器,研究叶绿体的发育进程及其调控光合效率机理,具有重要的理论意义和现实意义。本研究利用EMS化学诱变的方法发现的高温白叶白穗突变体wlp2为材料,通过图位克隆的方法分离到目的基因WLP2,该基因编码一个参与调控水稻叶绿体基因转录激活复合体蛋白酶------类果糖激酶1,其功能缺失导致水稻叶绿体发育紊乱且高温白化致死。本文主要研究结果如下:1、突变体wlp2存在两个等位突变（wlp2-1,wlp2-2）,在限制性温度34℃条件下,突变体wlp2-1,wlp2-2叶片在2,3叶期均表现为白化,且最终导致整个植株死亡;在低温22℃条件下,突变体wlp2-2表型与野生型一致,wlp2-1仍表现为基部叶白化;不同年份田间种植发现抽穗时温度越高突变体白叶白穗现象越严重,甚至导致叶鞘茎干白化、株高矮化。农艺性状考察发现,高温年份突变体wlp2结实率、千粒重、产量比野生型显著下降。叶绿素含量测定表明,随着温度升高,突变体wlp2-1,wlp2-2叶绿素含量下降越显著。叶绿体超微结构分析表明,高温条件下wlp2突变体与野生型相比,叶绿体数目变少,体积变小,嗜锇小体明显增多,没有分化出明显的片层结构;抽穗期净光合速率测定分析表明,突变体光合速率显著低于野生型。2、遗传分析表明,wlp2突变表型是受一对单隐性核基因控制。本研究首先利用wlp2突变体与Nanjing-11杂交衍生的F2群体中的2348个突变表型单株,将该基因定位于第1染色体长臂上206.5kb范围内。利用基因分析与预测网站,发现该区间有35个开放阅读框,分别扩增测序野生型和wlp2突变体的这些基因,发现wlp2-1在LOC0s01g63220第距离起始密码子674bp处碱基G突变为A,导致甘氨酸变为天冬氨酸,等位突变体wlp2-2在第580bp处由碱基C突变为T,导致脯氨酸变为亮氨酸。通过转基因互补试验证实了LOC0s01g63220就是目标基因WLP2。3、生物信息学分析表明,WLP2编码含有pfkB-type保守结构域的蛋白激酶,是AtFLN1在水稻里的同源基因,而AtFLN1在拟南芥以及芥菜中是叶绿体基因转录激活复合体TAC的重要底物,与质体RNA聚合酶核心亚基作用,进而参与叶绿体的发育过程。4、应用实时定量RT-PCR方法,分析了田间始穗期野生型WLP2基因在不同组织中的表达水平,结果表明在叶片中的表达量最高,叶鞘、幼穗和茎中次之,在根中的表达量最低,与GUS染色的结果一致;幼苗期不同组织定量表达分析表明WLP2在第4叶表达水平最高,暗示着WLP2可能是参与成熟叶绿体发育进程;亚细胞定位研究表明,WLP2定位在叶绿体中;此外光响应定量分析表明,WLP2表达量随着光照时间先上升后下降;突变体中质体RNA聚合酶介导的基因表达水平与野生型相比显著下降,且温度越高表达下降越明显,与温度越高突变体表型越严重相一致。5、酵母双杂交、双分子荧光互补研究发现WLP2能质体硫氧还蛋白OsTrxZ互作,且OsTrxZ又能与类果糖激酶2 OsFLN2互作。以上结果表明:WLP2与OsTrxZ、OsFLN2组成质体转录激活复合体（TAC）亚基且WLP2和OsFLN2可能作为OsTrxZ的靶蛋白,共同调节PEP聚合酶的活性,从而调控质体基因表达进而影响叶绿体的发育以及叶绿素的合成。利用CRISPR-Cas9编辑技术,构建Wlp2与Trxz、Fln2单突和双突遗传材料,杂交分析从遗传角度证明互作关系（转基因结果还未出表型）。6、进一步研究发现高温逆境中突变体wlp2幼苗期严重白化致死,而且伴随着大量过氧化氢的产生。对野生型和突变体wlp2-1幼苗期转录组学分析发现大量逆境响应基因、光合作用途径基因、叶绿素合成基因表达显著差异,表明过氧化氢可能作为核质互作的一个负反馈调节子,调节对外界逆境的响应。