叶片是植物重要的源器官,水稻叶片早衰将导致叶绿素、蛋白质等大分子的降解、光合能力降低,并伴随活性氧的积累、衰老相关基因表达发生变化、细胞死亡等现象,严重影响稻米产量及品质。因此深入研究早衰形成的分子机理对控制和延缓衰老的发生具有重要的意义。本研究通过对早衰突变体psls1(premature senescence leaf with spots)形态、生理等多方面分析,并结合图位克隆的方法最终确定候选基因PSLS1:一个编码铁氧还依赖的谷氨酸合酶(Fd-GOGAT)基因的突变导致了早衰表型的发生。主要研究结果如下:1.突变体psls1幼苗期生长正常,发育到7叶期以后,叶片自下而上逐渐黄化褪绿至枯萎(黄化由叶尖开始向内蔓延并伴有黄褐色小斑点);生长后期突变体的衰老明显加快,植株整体呈黄褐色枯死状态。在成熟期,与野生型相比,psls1株高、分蘖数、主穗长、穗粒数和千粒重都显著下降。2.与野生型相比,psls1衰老叶片叶绿素含量显著下降,过氧化氢积累、细胞死亡增加,透射电镜显示psls1叶绿体膜界面不清晰,类囊体基粒片层模糊,嗜饿颗粒明显增多。3.遗传分析表明,psls1受一对隐性基因控制,利用psls1×IRAT129杂交组合F2分离群体中的1690个早衰个体,将目的基因定位在第7染色体长臂末端分子标记ZS-3和ZS-8之间物理距离89Kb的范围内,测序研究发现,区间内一个编码铁氧还依赖的谷氨酸合酶(Fd-GOGAT)基因LOC_Os07g46460的第二外显子末位的G被替换为A,导致转录本的错误剪切,相对于野生型,突变体的cDNA缺失了57bp碱基片段,因此,初步认定LOC_Os07g46460为可能的候选基因,暂命名为PSLS1。4.同前人报道相一致,PSLS1在水稻根、茎、叶、叶鞘、穗部均有表达,且在叶片中表达量最高;PSLS1基因的表达水平在野生型与psls1幼苗中无差异,待分蘖期早衰表型出现后,psls1中PSLS1表达量显著下降,对谷氨酸酶活性测定结果也表明psls1发生早衰后谷氨酸酶活性显著降低。5.psls1抽穗期上部叶片中游离氨基酸的含量与野生型存在显著差异,Glu、Ser、Gly、Ala、Val、Ile的含量显著下降,而Asn、PSer、Thr、Cys、Phe、His、Orn、Lys、Arg的含量却显著增加,表明在psls1突变体叶片中氨基酸代谢紊乱。在水培条件下对野生型和psls1进行不同浓度氮素外施处理,发现psls1对低氮条件响应。表明突变体的早衰可能是由于PSLS1的突变使得谷氨酸合酶失活,突变体氮代谢异常引起的。