水稻(Oryza sativa)是我国重要的粮食作物之一,也是研究植物功能基因组学的单子叶模式植物。而叶色突变是水稻中比较常见的一种突变类型,在研究植物光合作用的生理生化机制、水稻基因功能以及遗传育种应用等各方面都具有重要的价值。为了明确水稻黄化转绿突变体gry79(green-revertible yellow 79)的表型特征和遗传特性以及突变基因的功能,本研究对该突变材料进行了表型特征的调查、主要农艺性状的调查和叶绿体超微结构的观察,并对突变基因进行了分子标记定位、图位克隆、转基因互补验证、荧光定量等分析。主要研究结果如下：利用甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate,EMS)对粳稻日本晴的一个迟熟突变体lvp1进行诱变,得到一个黄化转绿突变体gry79,该突变体在三叶期以前表现为黄绿叶,第四叶开始逐渐转绿,六叶期以后恢复到正常绿色。尽管突变体gry79植株在苗期生长缓慢,但它的抽穗期比野生型亲本(lvp1)推迟仅1.4d。在成熟期,除了每株有效穗数比野生型下降15.2%外,突变体的株高、每穗着粒数、结实率和千粒重与野生型差异并不显著。光合色素含量的测定结果显示,gry79突变体在三叶期的Chla、Chlb、总Chls含量和类胡萝卜素分别减少了76.4%、76.9%、76.5%和58.1%。透射电子显微镜结果显示,野生型中的叶绿体有着发育完整的由基粒组成的膜系统,而gry79突变体的叶绿体中的基粒松散并且类囊体膜发育不完善,并且叶绿体所含淀粉粒较少,表明突变体的叶绿体的发育在幼苗早期受到抑制。遗传分析表明该黄化转绿突变性状是受一对隐性核基因控制的。以gry79突变体与正常绿叶表型的浙辐802杂交得到的F2代作为定位群体,将gry79突变基因精细定位于水稻第2染色体长臂上的InDel标记W4与W5之间的71kb染色体区域内,该区域含有8个预测基因。从gry79突变体及野生型亲本中分别扩增出这8个预测基因并进行测序,结果显示gry79突变体内仅Os02g33610发生了突变,其余7个基因均未见突变。Os02g33610基因全长7492bp,有17个内含子和18个外显子,CDS全长长2616bp,编码一个含871个氨基酸的蛋白质。在gry79突变体中,该基因序列在第4209位碱基(位于第11外显子)由C突变成T,使CDS第1160位碱基由C突变成T,导致编码蛋白质第387位氨基酸由丝氨酸(Ser或S)突变成苯丙氨酸(Phe或F)。因此将该基因确定为引起gry79黄化突变的候选基因,暂命名为GRY79基因。搜索水稻基因组数据库,结果显示GRY79是一个单考贝基因,编码一个分子量约96kDa的蛋白质。GRY79蛋白在N-端含有一个由36个氨基酸残基组成的叶绿体靶序列,同时该蛋白质还在N-端含有一个由202个氨基酸残基组成的金属-β-内酰胺酶结构域(metallo-β-lactamase domain),在C-端含有一个由66个氨基酸残基组成的三螺旋DNA结合域(trihelix DNA binding domain)。多氨基酸序列比对显示,GRY79蛋白与高梁(Sorghum bicolor)和谷子(Setaria italica)的假定蛋白的同源性最高。此外,分析了GRY79蛋白与高等植物和其它光合生物中的同源蛋白的可能进化关系,结果表明GRY79与单子叶植物高梁和谷子的同源蛋白有更近的进化关系。进一步做了转基因互补实验。转基因株系在幼苗期跟野生型亲本一样呈绿色表型,进一步检测叶片光合色素含量,结果表明其叶绿素和类胡萝卜素含量恢复到了野生型亲本的水平,表明野生型GRY79 (Os02g33610)基因互补了gry79突变体表型,证明该突变体表型是由Os02g33610基因序列的单碱基突变引起的。实时荧光定量PCR结果显示,GRY79在gry79突变体两叶期和三叶期叶片中的表达水平比在野生型中低得多。随后,GRY79在gry79突变体叶片中的表达逐渐升高,并在九叶期叶片中接近野生型的表达水平。这些数据表明了GRY79基因在gry79突变体的最初几片叶子中表达量很低,这个结果与突变体在苗期特异的黄化表型是一致的。