粒重是产量要素的重要构成因子。对粒形基因的研究不仅具有生物学意义,同时也具有重要的农业生产和育种实践意义。尽管水稻粒形基因的克隆和分子机理的研究在近十多年来取得了较大的进展,克隆更多的粒形基因并研究粒形调控的分子机制仍然对水稻生产具有重要意义。本研究以明恢63的大粒EMS(ethyl methanesulfonate)突变体grain length 5(gl5)为材料,通过对突变基因的克隆,突变位点分析和GL5的核酸多样性分析,探索位于启动子的自然变异与粒长的关系,为发掘可用的自然变异提供线索。主要结果如下:1.与野生型相比,水稻大粒突变体gl5在整个生育期植株表型没有显著差异,但是粒长显著增长、穗粒数减少,结实率下降,产量显著降低。碘-碘化钾染色表明突变体的花粉育性较野生型显著降低。2.结合高通量测序和MutMap分析方法,确定了该突变基因的候选基因,它在第5染色体上,编码拟南芥MKP1同源蛋白OsMKP1。该基因的一个碱基发生了非同义突变,导致编码的氨基酸发生了改变。通过构建包含自身启动子的全长基因的互补载体对突变体gl5进行遗传转化,发现转基因阳性植株粒长、结实率和穗粒数可以恢复至野生型表型。3.在中花11背景下CRISPR/Cas9敲除表现出类似突变体的大粒、育性下降和穗粒数减少的表型;超量表达粒形短圆,穗型直立;RNAi抑制的转基因材料表现出粒长的增长和GL5的抑制程度正相关,说明GL5的表达量与粒长负相关。4.分析种质群体的GL5及其上下游序列核苷酸多态性(π)发现基因编码区的变异较少,π值在籼粳不同亚种以及野生稻当中都显著低于全基因组水平及两翼20kb区段,上游启动子区段π值水平较编码区升高。5.启动子区域的变异归纳为11种单倍型。将11种单倍型的启动子接萤光素酶构建载体并转化原生质体,发现不同的荧光素酶表达量之间存在显著差异。将种质群体按照GS3有无功能分成两组,组内每个单倍型的平均粒长与启动子的驱动能力呈现负相关,猜测在自然群体当中可能存在不同的等位型可以在一定程度以内调控水稻的粒形。