光合效率是影响水稻产量的重要因素。在本实验室前期研究中,发现一个水稻深绿穗突变体dgp1(dark green panicle1),其穗色和叶色深绿,光合效率显著增高。通过图位克隆技术分离DGP1基因,但是其编码蛋白功能未知。在此基础上,本研究通过RNA-Seq及生物信息学分析,筛选出受DGP1基因调控的下游基因,并利用RT-qPCR和蛋白免疫印迹(Western blot)方法分别检测光合相关基因表达量和蛋白的积累量。然后通过叶绿体自发荧光及电镜切片分析叶绿体发育状况,并对DGP1启动子序列进行转录活性分析。最终阐述DGP1基因介导叶绿体发育与叶绿素合成的分子机理。首先,通过RNA-Seq分析技术和生物信息统计学分析,筛选dgp1突变体相比野生型表达上或下调的基因与过表达相比野生型表达上或下调的基因。两者比较得到190个候选差异表达基因。其中有125个基因的表达量在dgp1中最高、野生型次之、过表达中最低。有65个基因在dgp1中表达量最低、野生型较高,过表达中最高。为了进一步确认候选差异表达基因的功能及参与的生物代谢途径,进行GO分析,发现候选差异基因主要集中在光合、光反应中心、叶绿体、类囊体等光合相关的场所;并进行KEGG分析,发现光合作用有关基因的富集率最高。然后,利用RT-qPCR对筛选出的光合相关基因表达情况进行验证分析,结果28个光合相关基因表达量与RNA-Seq分析结果相同。再利用蛋白免疫印迹检测光合相关蛋白的积累量,发现光合蛋白Lhca1、Lhca3、Lhca4、Lhcb2等在dgp1突变体中蛋白积累量最高,野生型积累量较高,过表达积累量最低。为了研究DGP1基因对叶绿体发育的影响,利用激光共聚焦显微镜成像检测技术观察水稻原生质体形态,发现dgp1突变体中叶绿体数量较多、形态较大,野生型相对较少,过表达中叶绿体数量只有稀少的几个且形态较小。同时叶绿体电镜切片分析发现,dgp1突变体内囊体堆集较厚,野生型内囊体堆集较稀疏,过表达内囊体堆集较薄。在胚芽鞘中,dgp1突变体相比野生型、过表达,较早形成叶绿体。最后,对DGP1启动子片段进行转录活性分析,先对启动子片段进行分段分析。再分别构建分段的DGP1与GFP荧光蛋白融合表达载体,在烟草叶表皮细胞观察绿色荧光,发现DGP1启动子-195至-1352bp具有转录活性。对后续筛选DGP1基因的转录因子奠定基础。综上所述,DGP1基因突变或过表达,导致下游光合相关基因的表达量及蛋白积累量发生显著变化,同时叶绿体发育也受到影响。这些结果对研究DGP1基因的分子机理及植物的高光效育种奠定了基础。