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水稻是世界上种植范围最广泛的粮食作物之一,是超过1/3世界总人口的主要粮食作物,也是研究单子叶植物生长发育最为理想的模式植物。经过两次绿色革命,水稻的产量得到了极大的提升。但进入21世纪以来,世界人口不断膨胀、可耕种土壤污染退化、全球性水资源的持续紧张、温室效应导致气候变暖以及未来人们对生物能源的需求日益增长等诸多因素使得粮食危机日益突显。为了不断提高水稻产量,有利基因的利用、杂种优势与株型改良相结合的作物育种方法已成为突破产量瓶颈的共识策略。优良的植株形态使得水稻各冠层叶片都具有较高的光能利用率,是水稻高产的基本条件。叶片是植物最重要的营养器官,对植物的生长、发育起着不可替代的作用。水稻作为重要的粮食作物,其叶的形态建成直接与株型和产量息息相关。随着分子生物学技术的发展,越来越多与植物叶片形态建成相关的基因被鉴定出来。这些叶形基因的定位和克隆不仅为水稻叶片形态建成调控网络的研究奠定了理论基础,也为高产理想株型育种提供了实践基础。因此,对水稻叶片形态的研究不仅具有重要的理论意义,也具有较高的应用价值。本研究通过图位克隆的方法分离出了一个新的水稻窄叶基因nal11（narrow leaf 11）/Osdnajc1,通过形态学、生理学、分子生物学等方法,对该基因的遗传方式、基因结构以及表达模式等进行了初步分析,主要的结果如下:1、形态学和生理学分析窄叶稀（ZYX）是表现出窄叶、稀穗、茎秆纤细、分蘖多、结实率低、半矮化等多个特殊性状的籼型水稻材料。通过石蜡切片观察发现,相比较于02428,ZYX叶片中的小叶脉的数量减少,茎秆中的小维管束数量减少,大小也不均匀;通过扫描电镜观察,与02428相比,ZYX叶片上表皮的气孔密度较低,且气孔周围的乳突细胞的数量也有所减少;通过高效液相色谱法测定了水稻苗期的内源激素含量,发现与02428相比,ZYX幼苗中的GA3和6-BA含量较高,达到极显著水平,这表明nal11可能与nal1、nal2、nal3、nal7、tdd1等与IAA相关的窄叶基因有不同的调控机理。2、nal11的遗传分析和初步定位通过对CG1/ZYX F2群体进行调查,发现F2代群体中部分单株出现窄叶、稀穗、茎秆纤细、结实率低等几个性状连锁遗传的现象,经过统计发现出现宽叶、大穗、茎秆粗壮、结实率高等性状的单株数与出现窄叶、稀穗、茎秆纤细、结实率低等几个性状的单株数的比率符合3:1,表明窄叶、稀穗、茎秆纤细、结实率低等几个性状由单个隐性核基因控制,将该基因暂命名为nal11。通过分子标记连锁分析,将nal11定位在7号染色体上RM21103和RM21196之间1487kb的区域内,遗传距离分别为5.76cM、46.62cM。3、nal11的精细定位通过构建遗传背景差异更大的02428/ZYX的F2群体进行精细定位,同时开发多个新的多态性分子标记,最终将nal11定位在N10和InD5016之间58.3kb的区间内,三者的位置关系为:N10-nal11-InD5016,nal11与N10和InD5016的遗传距离分别为0.75cM和0.19cM。4、候选基因的预测与分析通过水稻基因组注释数据库对58.3kb的目标区域进行基因预测,结果显示该区域内有9个候选基因。对9个候选基因进行测序分析,发现只有2个基因存在差异:ZYX在Os07g09410的启动子区域-162位有一个SNP;ZYX在Os07g09450的编码区有一个G→T的单碱基突变。通过对其他11个水稻品种进行测序比较,发现ZYX在Os07g09450的编码区G→T的单碱基突变是特异的,因此初步判断Os07g09450为nal11的候选基因,该基因编码一个DNAJ热激蛋白。通过对候选基因Os07g09450进行结构分析,发现ZYX在Os07g09450的编码区G→T的单碱基突变刚好发生在第二外显子的最后一个碱基处。5、候选基因的克隆与表达分析通过5’和3’RACE,获得了02428和ZYX的Os07g09450基因的全长cDNA,序列比较发现02428存在两种转录本,其中02428-cDNA2比02428-cDNA1多插入35bp,但02428-cDNA1编码的氨基酸比02428-cDNA2多36个氨基酸;ZYX的mRNA则由于点突变导致mRNA发生可变剪接,原本属于内含子的序列成为cDNA的一部分,且紧挨着该SNP出现一个终止密码子,导致翻译提前终止;02428-cDNA1和02428-cDNA2均编码一个有DNAJ结构域的蛋白,ZYX中的SNP导致其mRNA发生可变剪接和翻译提前终止,使得其所编码的蛋白失去DNAJ结构域。6、NAL11的进化树分析NAL11的mRNA全长861bp,编码一个由113个氨基酸组成的DNAJ热激蛋白。NAL11在水稻基因组中还存在两个高度同源的基因,在玉米、高粱、大豆以及拟南芥等植物中也均存在高度同源的基因,这些高度同源的基因均含有一个DNAJ结构域。分子进化树分析结果表明水稻NAL11基因与同为禾本科植物的短柄草、小麦、大麦的亲缘关系最紧密,其次为玉米、高粱、谷子,同时还与裸子植物北美云杉、单子叶植物油棕和大叶藻、双子叶植物可可、苔藓植物小立碗藓等亲缘关系密切。7、NAL11的初步功能分析根据pOX-ORF2过量表达载体所获得转基因植株的结果,我们认为NAL11-ORF2不能恢复02428-NIL的表型,推测相比较于NAL11-ORF1所编码的蛋白,NAL11-ORF2所编码的77个氨基酸的蛋白的结构和功能发生了变化;GUS载体转基因植株的组织化学染色结果表明:NAL11在水稻的叶片、叶鞘、根、茎、穗中均有表达;水稻原生质体转化GFP融合表达载体后的荧光观察结果表明:NAL11/OsDNAJC1所编码的蛋白定位于叶绿体。8、表达谱分析通过RT-PCR、real-time PCR以及转录组测序对RACE所获得的结果进行了验证,结果表明02428中确实存在两种转录本,但第二种转录本（02428cDNA2）表达量极低,且ZYX确实由于第二外显子最后一个碱基发生突变导致mRNA发生可变剪接和翻译提前终止;通过转录组测序共找到1209个差异基因,三组数据前20个显著性富集Pathway的重复性较好,前5个Pathway为:RNA的转运（RNA transport）、mRNA的监视通路（mRNA surveillance pathway）、次生代谢产物的生物合成（Biosynthesis of secondary metabolites）、植物与病原菌的相互作用（Plant-pathogen interaction）、植物激素信号转导（Plant hormone signal transduction）,这5个通路与NAL11的热激蛋白功能、分子伴侣功能以及其启动子区域的防卫与应激反应顺式作用元件、ABA、IAA、乙烯、茉莉酸甲酯等多种激素相关顺式作用元件的功能是相符的。