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光合作用是地球上最重要的生物过程之一。它提供了几乎所有生物赖以生存所消耗的能量,并调节了地球大气层的组成。植物调控光合作用的机理极其复杂,大量基因涉及其中。GLK（GOLDEN2-LIKE）是植物特有的关键核转录因子,正向调节叶绿体发育和光系统基因的表达。因此,围绕GLK探索光合相关基因的分子机制,将进一步完善植物整个光合作用调节网络,对今后作物高光效育种起到积极的作用。本研究在课题组对水稻NRPC1（negative regulator of photosynthesis and chloroplast development 1）基因的研究基础上,鉴定了一个NRPC2基因,其与GLK存在蛋白互作,突变后使水稻获得高光效功能。该文主要结果如下所示:1、通过构建CRISPR/Cas9以及pCMABIA1300-35S::NRPC2载体,转化日本晴背景水稻,得到nrpc2敲除突变体及NRPC2-OE过表达植株。叶绿素含量测定结果表明,水稻nrpc2具有比WT更深绿的叶,过表达植株则相反;叶绿体亚显微结构分析表明,水稻nrpc2叶肉细胞叶绿体具有比WT更大的表面积;Li-6800光合仪测定得到的nrpc2叶净光合速率和光系统活性也都显著高于WT。2、在此基础上,我们对水稻NRPC2基因展开分子机理研究。首先,通过RT-PCR方法检测表明水稻NRPC2基因主要在叶、茎、鞘等绿色组织中表达并且受光诱导,亚细胞定位证明水稻NRPC2主要定位在细胞核和质;其次,酵母双杂交试验表明NRPC2主要与GLK的GCT-box结构域互作;最后,结合转录组测序分析与基因、蛋白表达,发现一些与光合及叶绿体形成相关基因在突变体中上调表达,而在过表达中则下调表达。3、由于前期研究中水稻nrpc1同样具有高光效功能特性（尤其是穗颖壳）,为了解NRPC1与NRPC2之间的遗传关系,我们通过nrpc1×NRPC2-OE、nrpc2×NRPC1-OE两两杂交的方式得到了F1代株系。结果表明,F1代植株被恢复至过表达表型,从而证明了NRPC1、NRPC2基因具有遗传互补关系。由此我们进一步通过NRPC1和NRPC2基因得到水稻nrpc1nrpc2双突植株。表型及功能鉴定表明,该双突变体具有比单突更深绿的叶和穗,光合速率和相关基因的表达也显著增强;突变体植株农艺性状统计发现,与单突变体相比,水稻nrpc1nrpc2突变体的籽粒尺寸明显变大,千粒重、单株产量、50株小区产量也都随之增加。总之,结合表型与功能机理,我们推断水稻NRPC2可能作为一个GLK负调控因子,与NRPC1一起以功能互补的方式共同抑制GLK对下游光合以及叶绿素合成相关基因的转录激活作用,从而影响植物叶绿体的发育和光合作用,最终影响产量形成。