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水稻是全球至少一半人的主要粮食来源,其产量的提高对于解决全球粮食问题具有十分重要的战略意义。而作物产量受光合作用的影响,植物叶色变异直接影响光合作用。叶色突变体作为研究植物光合作用的理想材料,定位和克隆与水稻光合作用相关的新基因、研究基因功能,具有重要意义,可以阐明光合作用调控机理,提高光合能力,最终提高产量。本研究通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变获得了两份叶色突变体材料,对其功能进行了研究,主要结果如下:1水稻m167突变体在整个生育期均表现为黄绿色,遗传分析表明其为单核基因控制的隐性突变,其株高降低、结实率降低、分蘖数减少、千粒重降低、叶绿素含量降低、叶绿体发育受阻、光合能力下降。通过图位克隆,我们获得了候选基因,并将该基因命名为OsCRD1(Oryza sativa dicarboxylate diiron protein),突变体命名为oscrd1。突变体oscrd1中OsCRD1基因单点突变,发生在第一个外显子的第286位,由G变成了A,造成氨基酸的第96位由非极性的丙氨酸(Alanine,A)突变为极性的苏氨酸(Threonine,T)。OsCRD1编码镁原卟啉Ⅸ单甲酯环化酶的一个亚基,在水稻中为单拷贝,主要在植株的绿色部位进行表达,OsCRD1序列在不同的水稻品种和不同物种中均高度保守。我们利用CRISPR/Cas9技术构建了OsCRD1的基因敲除载体,并转化水稻愈伤组织,获得转基因水稻再生苗。该转基因水稻再生苗为白化苗,表明敲除OsCRD1基因影响了叶绿素的生物合成,造成叶色异常,因此推断oscrd1突变体的黄绿叶表型是因为OsCRD1基因的突变。采用PEG(聚乙二醇,polyethylene glycol)介导,将OsCRD1-GFP质粒导入水稻原生质体,荧光显微镜观察GFP融合蛋白亚细胞定位,结果表明OsCRD1主要定位于叶绿体中,点突变并不影响其定位。同时,进一步研究了叶绿素合成途径中间产物的积累。研究发现,oscrd1突变体中镁原卟啉Ⅸ单甲酯的含量升高大约44%,而原叶绿素酸酯的含量降低约30%,证明OsCRD1参与叶绿素生物合成途径,其主要功能是催化镁原卟啉Ⅸ单甲酯生成原叶绿素酸酯。2 ht15-4是我们通过EMS诱变获得的另外一个叶色突变体,该突变体在整个生育期均表现为浅黄色,遗传分析表明其为单核基因控制的隐性突变,突变体的叶绿素含量降低。通过图位克隆,我们获得了目的基因,并将该基因命名为OsPSF1(Oryza sativa photosynthesis factor1,植物光合作用相关蛋白),突变体命名为ospsf1。OsPSF1基因发生了点突变,CDS第284位由T变为G,氨基酸由中性亮氨酸(Leucine,L)变为碱性精氨酸(Arginine,R)。OsPSF1编码一个推测定位于质体的具有ankyrin结构域的蛋白。向ospsf1突变体中导入OsPSF1基因序列能够使浅黄色表型转变为正常叶色,进一步证明了OsPSF1基因突变是导致其呈浅黄色表型的原因。对照条件下转基因植株(ox1,2,3)与野生型叶片之间的净光合速率没有显著差异,而甲基紫精处理后转基因植株(ox1,2,3)叶片净光合速率高于野生型。这表明过表达OsPSF1基因能够提高转基因植株氧化胁迫后的光合速率。