水稻叶片是植物进行光合作用的主要营养器官，也是理想株型的重要组成部分，因此水稻叶型已经成为了分子遗传和育种学家研究的热点。为了进一步了解水稻叶发育的调控机制，本研究从日本晴和武运粳7号的EMS诱变中成功分离到三个等位的窄卷叶突变体nrl1-1、nrl1-2和nrl1-3，它们都表现出了矮化、窄叶微卷、籽粒细长，根系变短等一系列形态上的变化。切片观察表明NRL1能够控制一系列细胞和组织的发育，叶片的泡状细胞、叶脉、茎秆厚壁细胞和薄壁细胞都在nrl1内发生了大小或数量上的变化，其中泡状细胞的缩小，能够造成nrl1叶片向内卷曲，而叶脉数目的下降也导致了nrl1叶片的窄化。同时突变体内茎秆的纤维素、半纤维素和木质素含量都有所提高，因此推测NRL1很可能涉及到了它们的生物合成。通过图位克隆法最终将NRL1定位在第12染色体8.7kb的范围内，该区间只有一个开放阅读框。测序后发现，三个等位突变体都在该基因的编码序列上发生了碱基变化，通过构建的NRL1功能互补和过表达载体进行了转基因试验，结果表明，突变体转互补载体和过表达载体的植株表型都得到了恢复，但野生型日本晴转互补和过表达载体的植株并没有增加叶片的宽度和卷曲度，表明NRL1没有剂量效应。NRL1在组织中表现为组成型表达特征，其在所测试的根、茎、叶、鞘、穗上都表达，在突变体中的表达量有所下降，在互补转基因植株中表达差异不明显，但在过表达植株中增加显著。序列分析表明NRL1编码了一个类纤维素合成蛋白D4（OsCslD4），由1215个氨基酸组成，共包含了两个外显子和一个内含子。与其它Csl家族一样，NRL1同样包含了结合核苷酸糖和催化纤维素合成的D,D,D,QXXRW保守基序和八个跨膜区。杂种弱势是植物中普遍存在的一种合子后生殖隔离现象，对杂种弱势控制基因的研究将为进一步了解生殖隔离的分子作用机理和生产应用打下理论基础。本研究发现秘鲁的品种Jamaica和常规粳稻品种杂交产生的F1均为弱势，植株表现为矮化、单分蘖、短根等特征。杂种F1种子在胚胎发育和种子萌发过程中都正常，但生长势在萌发后受到抑制，并且根系受到的抑制比苗早。其在常规大田管理条件下无法存活，但如果避免生存竞争，并给予良好的生长条件，杂种弱势植株可以存活到成熟，并可少量结实。遗传分析表明，该杂种弱势受显性互补基因Hwc1和Hwc2控制，其中Jamaica的基因型为Hwc1Hwc1hwc2hwc2，粳稻的基因型为hwc1hwc1Hwc2Hwc2，而籼稻的基因型则为hwc1hwc1hwc2hwc2，当Hwc1和Hwc2位点同时显性纯合或显性杂合时表现为弱势，而当两位点有一个位点隐性纯合或两位点都隐性纯合时就表现正常。通过上清液PCR快速检测和测交验证重组个体，Hwc1最终被定位在第1染色体22.9kb的范围内，该区间只有一个开放阅读框，Hwc2也被确定在第4染色体24.6kb的区间内，该区段共有4个开放阅读框。目前已经构建好了相应候选基因的功能互补载体，转基因试验正在进行中。为了在生产上应用杂种弱势基因，我们将Jamaica所特有的Hwc1导入到抗虫BT、抗除草剂农达和Basta的转基因植株中，以建立“无外源基因逃逸”的转基因技术，现已经获得了抗农达、Basta和BT与Hwc1的基因聚合株。同时也将Hwc1导入到保持系武运粳7号和恢复系C堡中，现已分别获得了6代和7代的近等基因系，为Hwc1基因在杂交水稻中的利用奠定了基础。