水稻是世界上的主要粮食之一。高效的光合作用是水稻高产的保障。水稻中唯一可进行光合作用的细胞器是叶绿体。叶色突变体材料的图位克隆及功能分析对于研究叶绿体形成、功能,叶绿素合成代谢过程等方面的有着重要作用。本研究中利用EMS诱变水稻中花11得到的黄绿叶突变体yellow green leaf-4(ygl-4),通过图位克隆的方法,得到了一个新的水稻叶色基因YELLOW-GREEN LEAF-4(YGL-4),该叶色基因编码一个核黄素合成途径中的关键酶——二氧四氢蝶啶合酶(LS)。LS催化核黄素合成反应中ARAPD与DHBP缩合产生DMRL。尽管目前在各种微生物及植物中对LS基因的研究已经很多,但绝大多数都是关于生长及抗病性之间的联系,而LS基因如何调控叶色表型变化的机理尚不清楚。本文中初步提出了植物中LS基因调控叶色变化的可能机理,并加以实验证明。主要结果如下:1.通过将水稻黄绿叶突变体ygl-4与籼稻品种N22杂交得到F2分离群体,选取与突变体黄绿叶表型一致的极端单株551株,最终将突变基因ygl-4定位于88.7kb区域内。经测序分析确定候选基因LOC_Os04g42000,其CDS中发生单碱基替换,导致了单个氨基酸的改变,且突变位点位于该基因编码蛋白的高度保守区域。该基因编码一个核黄素合成途径中的关键酶——6,7-二甲基-8-核糖醇基二氧四氢蝶啶合酶(LS)。且外施核黄素可以互补突变体的叶色表型。亚细胞定位结果显示YGL-4基因定位于叶绿体中。2.利用透射电镜观察,突变体ygl-4的细胞结构中出现了较多的双膜囊泡结构。根据前人推测,暗示了细胞的提前衰老。对野生型和突变体叶绿素合成相关基因进行定量分析发现,ALA合成到原叶绿素酸酯合成过程的基因表达量在突变体中上调。对野生型与突变体进行暗处理7天,检测原叶绿素酸酯自发荧光,结果显示突变体相较野生型,其原叶绿素酸酯在黑暗条件下积累较多;为检测突变体与野生型体内ROS的差异,将暗处理7天的野生型和突变体进行光照处理,结果显示突变体内的ROS含量显著高于野生型。由此推测,水稻中LS基因可能是通过改变植物体内核黄素含量从而诱导ALA在黑暗环境下的积累量变化,进而改变原叶绿素酸酯的积累,调控叶色变化。若原叶绿素酸酯积累过多会使植株在光下发生过度光氧化损伤,进而使得细胞提前衰老,叶绿体提前降解,最终导致叶色黄化甚至白化。