水稻（Oryza sativa L.）属于禾本科,其不仅是单子叶模式植物也是重要的粮食作物。在世界人口不断增加,环境污染日益严重的背景下,高产优质水稻的研究与开发对人类生存起着不可替代的作用。稻谷中积累的碳水化合物主要来源于叶片的光合作用,而水稻叶片的提前衰老会使植株的叶绿素提前降解并可能伴随着叶色的改变,影响叶片的光合作用,进而影响碳水化合物的正常积累。因此,探究水稻叶片早衰基因的功能和分子机制等问题,对于提高我国水稻产量和品质具有重要意义。本实验室利用EMS（ethyl methane sulfonate）诱变籼型三系保持系西农1B并从其稳定遗传的突变体后代中筛选到一个叶片积累淀粉的早衰突变体esl12,通过70株突变体,将ESL12基因定位于第3染色体;本研究对该突变体进行了进一步精细定位,获得了ESL12的候选基因,并进行了功能互补验证,分析了ESL12蛋白结构与功能、基因表达特异性、转录组及尿酸含量等,得出以下结论:1、ESL12的基因定位与克隆与野生型相比,水稻esl12突变体从苗期表现为叶尖黄化早衰,后逐渐延伸至叶中部,叶基部呈淡绿色,该性状持续至成熟期;此外,esl12突变体叶片中积累大量淀粉。在实验室开展的基因定位基础上,通过对野生型和esl12突变体叶片尿酸含量的测定,结果显示,与野生型相比较突变体尿酸含量呈极显著降低;进一步开发分子标记将该基因定位于BB-1和BB2-1之间252.7 kb范围,对区间内候选基因测序,发现Os03g0429800在突变体esl12中第四个外显子第20位碱基由A到T的替换,使得对应的氨基酸由组氨酸突变成亮氨酸,初步确定Os03g0429800为esl12的候选基因。为了验证是否由于Os03g0429800基因的突变导致esl12突变体的早衰表型,克隆了Os03g0429800基因野生型的4110 bp CDS序列,构建超表达载体并转化esl12突变体愈伤组织,阳性转化植株的叶片全部恢复为绿色。结果表明,Os03g0429800基因就是ESL12基因。2、ESL12蛋白分析通过蛋白氨基酸序列保守性分析及蛋白结构特征分析显示,ESL12基因编码一个保守的黄嘌呤脱氢酶（XDH,Xanthine dehydrogenase）,该蛋白在进化中保守,动、植物中均有分布,ESL12与单子叶植物如高粱、玉米、谷子、二穗短柄草等的XDH亲缘关系较近。ESL12蛋白包含两个氨基端铁氧还蛋白结构域（Ferredoxins）、一个FAD结合结构域和一个钼辅因子（Molybdenum cofactor）结合结构域。克隆野生型ESL12基因全长CDS,构建35S::ESL12-GFP亚细胞载体,通过PEG介导转化水稻原生质体,并通过共聚焦显微镜观察荧光信号,结果显示ESL12蛋白定位于细胞质。3、ESL12基因的表达模式分析利用q RT-PCR对分蘖期的野生型和突变体植株的不同组织和抽穗期的幼穗进行表达模式分析。结果显示,ESL12在野生型和突变体中的根、茎、幼叶、老叶、鞘、幼穗中均有表达,幼叶和老叶中的表达水平相对高于其它组织;此外,在同一组织,突变体中ESL12的表达量较野生型普遍升高。4、光合色素代谢、叶绿体发育、光合作用相关基因的表达分析和转录组分析利用q RT-PCR分析了分蘖期野生型和esl12突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素代谢相关基因以及叶绿体发育和光合作用相关基因的表达情况。结果显示esl12突变体中,叶绿素合成途径相关酶基因包括CAO1、CHL1、DVR、HEMA1均大幅下调;而类胡萝卜素合成途径相关酶基因除PSY3的转录水平小幅升高外其余基因如PDS、PORA、PSY1、PSY2均有不同程度下调;此外,突变体中叶绿体发育和光合作用相关基因的转录水平均不同程度下调。野生型和突变体的转录分析结果显示突变体嘌呤代谢途径受到严重影响;突变体中色素代谢、叶绿体发育及光合作用被抑制,与q RT-PCR结果一致;ESL12基因突变影响活性氧（ROS,Reactive oxygen species）相关基因。