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水稻是世界上主要的粮食作物之一,其叶片是光合作用的主要器官,与水稻株型的建成有关,也决定着水稻产量的高低。水稻叶片的长度、宽度和卷曲度参与影响整个植株的形态,同时决定群体株型的结构,成为育种家关心的主要性状之一。适度的卷曲有助于叶片保持直立,有利于群体接受更多的光能,植株的光合作用和光能利用效率得到增强。因此,新的卷叶突变体的获得,以及卷叶形成的分子机理的探明,有利于通过改良叶片的相关性状来进一步提高作物产量。本研究利用叶片变窄的水稻卷叶突变体nrl4(narrow and rolling leaf 4),进行了与突变性状相关的遗传分析、农艺性状测定、基因定位和基因功能分析。主要的研究结果如下:1.突变体nrl4从苗期开始表现为叶片显著向内卷曲伴有叶片窄化,剑叶、倒二叶和倒三叶的卷曲度分别为45%、37%和32%,且与主茎的夹角均有所减小。与野生型植株相比,突变体植株的株形更为直立,叶色加深,株高略微增加5.71%,籽粒长度增加7.63%、宽度减小7.67%、厚度增加1.77%,千粒重提高9.20%,每穗粒数和实粒数分别减少16.16%和14.99%,结实率提高1.40%。2.nrl 与浙农34杂交的F1植株叶片平展,F2中正常单株为921株、卷叶单株为311株。经χ2检验,野生型和突变体植株的表型分离比符合3:1(χ2 = 0.027<χ0.052=3.84)。因此,该突变体性状受一对隐性单基因控制,突变体nrl4为一个新的窄卷叶突变体。3.突变体nrl4叶片叶色加深,其总叶绿素、叶绿素a和叶绿素b含量分别为3.91、1.99和0.61 mg/g,显著高于野生型浙农34的总叶绿素含量(2.27 mg/g)、叶绿素a含量(1.16mg/g)和叶绿素b含量(0.34mg/g)。4.突变体nrl4的纤维素和半纤维素的含量分别为22.39和31.17 mg/g,稍低于野生型浙农34的纤维素含量(22.81 mg/g)和半纤维素含量(31.82 mg/g),但差异不明显。而突变体nrl4的木质素含量要比野生型浙农34低11.73%,仅为3.31 mg/g,差异达显著水平,说明突变体nrl4的细胞壁成分含量发生一定的变化。5.利用一些已克隆的控制水稻卷叶的基因nal1、ACL1、OsAGO7、rl14、nal7、sll1、ROC5等进行了 Real-Time qPCR分析。发现窄卷叶基因nal1、ACL1在nrl4中表达量显著增加,与此同时卷叶基因rlI4、sll1的表达量在nrl4中也有提高;而卷叶基因OsAG07、nal7以及ROC5在nrl4中表达量降低,其中以nal7的表达量降低最为显著。6.该突变体基因最终被定位在水稻第3染色体长臂、InDel标记3M11103和3M1115之间,其物理距离约为53 kb。有5个预测基因被发现于该区段,他们分别为LOC_Os03g19760、LOC_Os03g19770、LOC_Os03g19780、LOC_Os03g19800 和LOC_Os03g19820。野生型浙农34和突变体nrl4间的序列比对和表达分析表明,两者在基因序列、5’端非编码区启动子序列及3’端非编码区基因序列上均未发生变化,但是基因LOC_Os03g19770在突变体叶片中的表达量显著增加,已知LOC_Os03g19770编码富含甘氨酸的细胞壁蛋白—这种蛋白组成细胞壁的主要成分,在维管束的厚壁组织中含量丰富,在维持植物细胞机械强度中发挥作用。已有报道指出,远轴面厚壁组织的缺失可使叶片失去支撑而发生卷曲,进一步推测LOC_Os03g19770为候选基因。