植物叶色突变体是研究叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用的理想材料。虽然水稻中已相继报道许多叶色相关基因,但由于遗传调控复杂,其调控网络还不完善。本研究从日本晴的EMS突变体库中,筛选得到一份浅绿叶突变体pgl21（pale green leaf21）,并进行了表型鉴定、遗传分析、基因克隆以及功能分析,主要研究结果如下:1.pgl21在整个生育期表现浅绿叶的表型,且总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b、总类胡萝卜素、胡萝卜素和叶黄素含量较野生型显著减少,大部分叶绿素合成和光合作用相关基因的表达显著降低。此外,pgl21的结实率、千粒重和穗粒数显著下降。2.通过叶绿素荧光参数测定,发现pgl21的最大量子产量（Fv/Fm）显著低于野生型,且最大相对电子传递速率相较于野生型较慢,说明光合作用能力弱于野生型。3.叶绿体透射电镜观察发现pgl21叶绿体结构异常,无明显的类囊体堆叠结构,并且含有较多质体小球,叶绿体结构的完整性被破坏。4.遗传分析表明pgl21的突变性状由单隐性核基因控制。基因定位和Mut Map重测序初步确定LOC＿Os02g43500是突变体的候选基因,被注释为ORANGE（OR）。5.OR在水稻有一个同源基因LOC＿Os02g33149,在日本晴背景下敲除OR及其同源基因,获得2个OR的单敲除株系KO-2和KO-4以及1个双敲除株系KO-3。KO-2和KO-4在相关色素含量上和pgl21相近,均显著低于野生型。对pgl21、KO-2、KO-4和野生型叶片叶绿体形态进行透射电镜观察,发现敲除株系叶绿体结构完整性被破坏,与突变体相似。6.RT-q PCR和GUS分析表明,OR基因在水稻的幼苗、成熟叶、节间以及茎表达量较高,在幼穗、根和叶鞘表达量较低。7.pgl21中OR基因突变导致其同源基因表达显著提高,同时双敲除株系KO-3表现严重白化并致死,表明OR和其同源基因可能协同发挥作用并存在部分功能冗余。8.黑暗萌发处理下OR基因表达下降,而同源基因表达升高。随着光照处理的进行,2个基因的表达水平均升高,随后逐渐恢复正常水平。该结果表明,OR和其同源基因可能在质体接受光照分化为叶绿体的过程中发挥着重要作用。