叶片作为植物光合作用的主要器官,在植物的生长发育过程中扮演着重要的角色。在水稻中,叶片的形态对于水稻的生长、株型和结实率都有着直接或间接的影响。水稻是世界上最重要的粮食作物之一,尤其对中国而言,由于耕地面积有限和人口压力的矛盾,提高水稻单产就显得尤为迫切。叶片适度卷曲是水稻理想株型的的一项重要形态指标。因此,探明水稻叶片卷曲的分子机制是人们了解水稻叶片发育机制以及最终实现通过分子育种改良水稻株型的一项重要的基础工作。本研究以转基因水稻稳定高代中发现的叶片外卷突变体为材料,进行了叶片形态分析、遗传分析,以及基于双向电泳技术的蛋白组差异分析和基于高通量测序的数字化基因表达谱分析等相关研究,探索水稻叶片卷曲的分子机制。主要结果如下：1.本研究中的水稻卷叶突变体为叶片外卷,叶片卷曲成半筒状,从苗期第四叶开始出现卷叶性状。平展的水稻叶片容易导致披垂,而卷叶能保持叶片直立。造成转基因水稻突变体叶片外卷的细胞学机制是叶片上皮层泡状细胞数量增加。2.卷叶突变体的叶片叶绿素含量降低,进而导致叶片光合效率降低,最终造成株高、穗长、结实率和千粒重等重要农艺性状指标低于叶片正常植株。同时,卷叶突变也影响了水稻籽粒的品质,造成水稻籽粒氨基酸含量降低。3.遗传分析结果表明,转基因卷叶突变体(Rolled)/水稻品种明恢86栽培稻(WT)和WT/Rolled两种杂交组合的F2代群体叶型平展叶：卷叶的数量比都符合3：1的比率,判定外卷性状是隐性单基因突变引起的。利用实时荧光定量PCR法分析外源基因3a-HSD在卷叶突变体中的拷贝数,结果显示外源基因为单拷贝。插入片段与突变性状的共分离检测结果确认T-DNA与卷叶性状共分离,因此,可以推定卷叶突变是由于T-DNA插入引起的。T-DNA侧翼序列分析结果表明,T-DNA插入位点位于水稻9号染色体长臂上的7504113bp处,处于非基因区。距离插入位点最近的基因是下游的Os09g0293400,插入位点前后100kb以内共有7个基因,这些基因都是功能未知的基因。根据进一步分析结果推测,可能与卷叶突变相关的基因为编码一个泛素结合酶(E2)蛋白的Os09g0293400基因,编码一个含有类蛋白激酶结构域的蛋白质的Os09g0293500基因和编码半乳糖氧化酶的Os09g0292900基因。4.提取明恢86栽培稻(WT)、转基因水稻稳定高代平展叶植株(Unrolled)和转基因卷叶突变体(Rolled)不同时期的叶片总蛋白进行双向电泳分析,经过双向电泳凝胶图谱分析发现共181个差异表达的蛋白点。进一步比较分析不同时期不同材料间的差异表达蛋白,排除外源基因影响产生的差异表达蛋白,得到34个与卷叶突变相关的差异表达蛋白点。对差异蛋白进行MS/MS鉴定,最终鉴定成功28个蛋白。差异蛋白包括16个核酮糖二磷酸羧化酶大亚基家族的蛋白,光合作用相关的转酮醇酶1和叶绿体蛋白丙酮酸磷酸二激酶1,碳水化合物代谢相关的己糖磷酸变位酶和葡萄糖醛酸酶,2个叶绿体中的ATP合酶亚基共有23个与能量代谢相关的蛋白；此外还有蛋白折叠相关的蛋白肽基脯氨酸顺反异构酶蛋白,氨基酸代谢相关的天冬氨酸转氨酶,蛋白质合成相关的延伸因子,蛋白转运相关的叶绿体外膜蛋白以及酯类分解代谢相关的磷酸肌醇磷脂酶C。能量代谢相关蛋白在卷叶突变体(Rolled)中有5个下调表达,9个上调表达,2个不在Rolled中表达,3个只在Rolled中表达。其他差异蛋白质下调表达的有8个,只在Rolled中表达的1个。其中,与插入位点附近基因相关的肽基脯氨酰异构酶和天冬氨酸转氨酶在卷叶突变体中的的下调表达,与水稻卷叶性状相关的有4个下调表达的蛋白,9个上调表达的蛋白以及4个只在Rolled中表达的蛋白。5.在分蘖期分别选取WT、Rolled和Unrolled三个材料的新长出来的幼嫩叶片,提取总RNA进行基于illumina HiSeq2000技术测序平台的高通量DGE测序分析。首先对测序获得的原始数据进行一系列质量评估,确保原始数据质量可以用于后续分析。然后进行参考序列比对分析、基因表达水平分析和RNA-seq整体质量评估,确保基因差异表达分析结果的准确性。经过差异表达基因筛选和聚类分析发现,WT和Rolled之间的基因表达差异比较小,二者与Unrolled之间的差异比较大,说明外源基因对水稻叶片的生长发育影响比较大,而卷叶突变的影响比较小,差异基因维恩图进一步证实了这一点。对维恩图的分析结果获得14个差异表达基因,经过数据库检索,其中4个没有检索到相关信息,最终得到10个与卷叶突变相关的差异基因。其中在卷叶突变体中上调表达的差异基因有6个,下调表达的4个。其中,与插入位点附近基因相关的差异表达基因有编码富含脯氨酸蛋白2的PRP2基因,与卷叶性状相关的基因有CYP86A1、PRP2, At1g66830、GSTF1、Mg11、At4g26790和BHLH14。对差异基因的GO富集分析显示WT和Rolled之间的差异基因主要富集在生物学过程中的脂肪酸代谢、脂质代谢等,分子功能中的酯键水解酶活性、氧化还原酶活性；Rolled和Unrolled之间的差异基因主要富集在生物学过程中的细胞组分组装或生物合成、细胞器组装等,细胞组分中的高分子复合体、细胞器组分等,分子功能中的核糖体结构组分、分子结构活性。对差异基因的KEGG富集分析显示WT和Rolled之间的差异基因主要富集在新陈代谢途径、次生代谢物合成等代谢途径；Rolled和Unrolled之间的差异基因主要富集在核糖体、淀粉和蔗糖代谢等代谢途径。与卷叶性状相关的代谢途径有苯基丙氨酸代谢、苯基丙氨酸合成、苯丙烷合成、甘油酯代谢和角质、软木脂及蜡质合成。