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水稻（Oryza sativa L．）作为我国乃至世界最重要的粮食作物之一，其产量的提高对解决未来全球粮食问题具有十分重要的战略意义。长期以来，传统的杂交育种手段在提高光能利用方面尚未取得令人满意的效果。叶色突变体是研究水稻光能利用的理想材料。目前，虽然在水稻中己得到一些黄绿叶突变体，但大多数研究仅局限于基因的初步定位。本研究利用水稻栽培品种镇恢249的黄绿叶突变体ygl1为材料，通过图位克隆的方法分离ygl1基因，并进行了功能分析，且从生理生化水平和细胞水平对ygl1突变体黄绿叶表型进行了分析。主要研究结果如下：叶绿素含量分析结果表明ygl1突变体叶片在生长发育过程中叶绿素积累速度较野生型慢，随着叶片的成熟，叶绿素含量增加到接近野生型的水平。77K低温荧光和叶绿素荧光动力分析表明，ygl1突变体的激发能更有利于向PSⅠ分配，其PSⅡ最大光化学效率与野生型无显著差异，从而使ygl1突变体表现出较高的光化学效率。叶黄素循环分析表明，ygl1突变体比野生型更能耐受光抑制的影响。叶绿体超微结构分析表明，ygl1突变体与野生型相比，叶绿体类囊体膜和基粒片层垛叠数减少，基粒排列不整齐，但随着叶片的发育成熟，基粒数量增加。在产量方面，虽然ygl1突变体植株生长量和单穗重低于野生型，但由于其成穗率升高，仍能获得较高的产量（6.75 t／hm2）。遗传分析表明，ygl1突变体黄绿叶性状是由一对隐性核基因控制。利用已公布图谱上SSR分子标记和ygl1突变体与培矮64杂交组合衍生的F2代临时性分离群体的252个突变体单株对突变基因进行初步定位，把突变基因定位于第5染色体上标记RM516和RM164之间，遗传距离分别为4.8cM和13.1cM；随后通过扩大定位群体，并根据水稻基因组数据开发新型分子标记，构建了ygl1基因区域高密度遗传图谱和BAC重叠群，最终将突变基因精细定位于BAC AC136221上大约11kb区间内，与标记P25、P26共分离。利用基因分析与预测软件对定位的11kb区域进行预测，发现仅有两个开放阅读框（ORFs）：一个为叶绿素合成酶基因（Chlorophyll synthetase gene），我们把它称为YGL1基因；另一个为em基因（Embryogenic abscisi acid-inducible gene）。通过RT-PCR分别扩增野生型和突变体两个开放阅读框编码区cDNA，测序后分析发现野生型和突变体的em基因cDNA没有任何差异，仅在叶绿素合成酶基因YGL1的编码区cDNA上有单碱基差异（T→C），造成脯氨酸（Proline）到丝氨酸（Serline）的改变。因此，我们把YGL1基因确定为ygl1的候选基因。将含有YGL1编码区cDNA双元表达载体转化到具有ygl1等位基因的粳稻品系黄叶粳，恢复绿色表型的植株经PCR检测、Southern blot分析、T1代分离实验及恢复表型植株叶绿素含量分析，证明了YGL1是ygl1突变体的突变基因。YGL1以单拷贝的形式存在于水稻基因组中，编码叶绿素合成酶，催化叶绿素酸酯植醇化，生成叶绿素a，这一合成步骤对叶绿素a辅基蛋白的翻译和积累，类囊体膜组分的稳定装配起重要作用。氨基酸序列同源性和进化树分析表明，不同物种叶绿素合成酶基因有很强的保守性，水稻叶绿素合成酶YGL1与同为禾本科植物燕麦的叶绿素合成酶比其它生物有更近的亲缘关系。此外，发现叶绿素合成酶一个motif（WAGHDF-197）仅存在于叶绿素合成酶中，推测此motif可能是叶绿素合成酶（以chlorophyllide为底物）与细菌叶绿素合成酶（以bacteriochlorophyllide）催化底物不同的直接原因；体外原核表达重组蛋白酯化活性分析显示，突变体ygl1重组蛋白较野生型YGL1重组蛋白酯化活性下降，表明脯氨酸到丝氨酸的改变，导致叶绿素合成酶活性下降；ygl1突变体的叶绿素积累速率减慢和叶绿素合成中间产物的积累也充分表明叶绿素合成酶催化活性下降；YGL1具有组成型表达特性，单碱基突变并没有影响到突变体体内的表达水平，然而与叶绿素合成和叶绿体发育相关的基因表达受到了不同程度的影响，尤其是编码叶绿素a／b结合蛋白cablR基因在苗期叶片中的表达受到强烈抑制，这些结果为叶绿素或叶绿素中间代谢产物水平反馈调控编码叶绿体相关核基因表达提供了直接的证据。