玉米（Zea mays L.）是重要的粮食作物,在粮用、饲用、能源等各方面都有重要的作用,玉米产量的提高始终是育种家关心的问题。玉米是C4植物,具有更为高效的光合作用,叶绿体作为光合作用的场所,对其发育、合成及代谢通路中的关键基因进行克隆、鉴定和功能解析,同时对光合作用途径中的关键基因进行应用研究,对改良和提高作物的光合作用效率有重要的意义。我们前期利用EMS突变体构建、表型鉴定、遗传分析及图位克隆等技术,对一个导致玉米叶色发生白绿条纹变异的突变体wgsl1（white and green striate leaf1）开展了研究,获得了其候选基因。本研究在此基础上,对突变体产量性状、叶绿素含量、光合指标等进行进一步鉴定,利用等位性鉴定、候选基因Uniform Mu突变体鉴定,CRISPR/Cas9基因敲除等对wgsl1基因进行鉴定;利用转录组技术开展wgsl1与野生型中差异表达基因的研究,结合荧光定量技术对叶绿体合成、核糖体代谢以及光合作用途径的关键基因进行表达分析,本研究取得的主要结果如下:1.表型调查发现,突变体wgsl1在五叶一心时出现白绿条纹的表型,并且在生长的后期表型越来越明显。叶片、雄穗的花粉颖壳和雌穗的苞叶会有白绿条纹。突变体wgsl1和野生型产量性状比较,都显著小于野生型;株高、穗位高显著低于野生型。突变体wgsl1和野生型叶绿素含量比较,除了类胡萝卜素以外的其他色素含量显著低于野生型;总叶绿素和类胡萝卜素比值、叶绿素a和叶绿素b比值没有差异;原卟啉IX、Mg-原卟啉IX、原脱植基叶绿素的含量无显著性差异。突变体净光合速率的测定,wgsl1和野生型相比,wgsl1的净光合速率显著低于野生型;胞间二氧化碳显著高于野生型;但是蒸腾速率和气孔导度两者之间没有显著性差异,说明该突变对叶片的光合作用造成了严重的影响。2.等位性检测,从maizegdb订购wgsl1基因区内的Uniform Mu插入突变体,在实验田调查未发现该Mu插入突变体有和wgls1类似的表型。对Mu材料的基因表达量进行测定,结果显示,叶片中该基因的表达也没有显著的差异。本实验室在后期筛选到类似白绿条纹的突变体,分别命名为350、A125,分别以他们的基因组为模版,扩增wgsl1测序,并没有发现等位突变位点。水稻CRISPR/Cas9功能验证实验,对玉米同源靶基因LOC＿Os05g49130进行单碱基的敲除,结果显示,T0代共得到32个单株,其中9个的靶位点成功编辑,有3个T0的单株就出现了和wgsl1相同的白绿条纹叶片,T1代中有四个单株出现了性状分离。3.对wgsl1进行功能预测显示,该基因主要参与16sr RNA合成过程和核糖体的加工组装相关。选择13个物种序列和wgsl1的序列进行序列分析和motif预测结果显示:wgsl1和高粱、小米、水稻、香蕉的植物的序列同源性高,对他们的蛋白序列进行motif预测发现:他们共有的结构域是Rim M、PRC、UDPGP。玉米和水稻共有的结构域是Rim M、PRC结构域,且都是禾本科植物,所以将水稻的LOC＿Os05g49130作为后期验证wgsl1的同源基因。4.转录组数据分析发现:差异基因主要和核糖体合成加工、卟啉和叶绿素代谢、光合作用、RNA转运相关,并且和野生型相比,大部分差异基因呈上调表达。通过q RT-PCR对转录组结果进行验证发现数据基本吻合定量结果。综上所述:突变体wgsl1的表型鉴定、性状测定、叶绿素和其中间产物含量的测定、光合速率的测定这些结果说明,该基因的突变对玉米产量造成了严重的影响;wgsl1功能预测和生物信息学分析揭示了该基因的主要功能是和核糖体组装合成过程相关,转录组数据也初步验证了该结论;水稻同源基因敲除表明:wgsl1功能和水稻基因相似,wgsl1可能是控制玉米叶色突变的基因。