水稻产量大部分来自于叶片的光合作用,而光合作用的进行依赖于叶绿体的正常发育。叶绿体是半自主性细胞器,通常被认为是光合细菌内共生而来。在内共生过程中,大多数原核生物基因组丢失或转移到核基因组中,因此,大部分叶绿体蛋白是由核基因编码的。只有当叶绿体蛋白转运至特定的功能位点并发挥其功能,才能进一步进行光合作用供植物生长发育。首先核编码的叶绿体蛋白由叶绿体内外膜上的复合物转运至叶绿体中,其次通过不同的转运途径运输至类囊体中发挥功能。因此,对叶绿体发育和叶绿体蛋白转运机制的研究,有助于深入了解水稻光合作用调控机制,为进一步培育高产水稻奠定基础。本研究通过一个叶片黄化突变体yll1(yellow leaf andlethal 1)克隆到目的基因OsALB3(ALBINO3),并对OsALB3的功能进行初步的研究。主要结论如下:1.突变体yll1是从经甲基磺酸乙酯(EMS)诱变的粳稻品种日本晴后代获得。yll1苗期叶片为淡黄色,生长24天左右死亡。突变体yll1中的叶绿素a和叶绿素b的含量均显著低于野生型。通过透射电镜观察到,突变体yll1中的叶绿体结构异常,类囊体膜数量大量减少。2.遗传分析表明,突变体yll1叶片黄化性状是受一对隐性核基因控制。选取同一家系中30株野生型与突变体yNeuropathological alterationsll1的DNA等比例混合,分别进行高通量测序分析,并将有效的样本数据通过MutMap+技术筛选,根据突变体池中SNP/Indel-index=1和野生型池中SNP/Indel-index<0.5的特定规则,最后获得唯一候选目的基因LOC_O更多s01g05800。3.突变体yll1中LOC_Os01g05800基因发生单碱基替换,由C突变成T,导致编码的第140位氨基酸由丙氨酸(Ala)突变为缬氨酸(Val)。根据水稻基因组注释LOC_Os01g05800与拟南芥中的内膜蛋白编码基因ALBINO3相似,因此,我们将该基因命名为OsALB3。OsALB3包含12个外显子,在其中间部位含有一个60Kd的内膜蛋白结构域。BLAST可以发现OsALB3在植物、动物、真菌和细菌中均存在同源物。多重序列比对分析显示,在不同物种间的ALB3同源蛋白在60Kd内膜蛋白结构域之间高度保守。利用CRISPR/Cas9系统编辑OsALB3基因,得到目的基因敲除突变体,其表型与突变体yll1一致,进一步证明OsALB3(LOC_Os01g05800)的突变是致使水稻叶片黄化基因。4.OsALB3基因表达模式分析表明该基因在水稻各组织均有表达,且在叶中表达量较高。亚细胞定位结果显示,OsALB3蛋白定位在叶绿体。5.拟南芥中MLN8237体内的研究结果表明,在叶绿体信号识别粒子途径中,ALBINO3主要负责将捕光叶绿素结合蛋白整合至类囊体膜上,从而进一步参与光合作用。因此,本研究通过Western-Blot实验分析相关色素蛋白在yll1中的表达量是否发生变化,结果表明光系统Ⅰ(PS Ⅰ)的捕光色素蛋白Lhca1、Lhca2、Lhca3和Lhca4和光系统Ⅱ(PSⅡ)的捕光色素蛋白Lhcb1、Lhcb2、Lhcb4和Lhcb5的含量在突变体yll1中大量减少。因此OsALB3对捕光叶绿素结合蛋白的积累具有重要作用。本研究结果为进一步对叶绿体蛋白的运输机制提供参考,为调控水稻光合作用奠定基础。