水稻ygl98黄绿叶突变基因的精细定位与遗传分析

通过EMS诱变获得一份遗传稳定的水稻黄绿叶突变体ygl98,该突变体整个生育期呈黄绿色。与野生型相比,突变体的叶绿素和类胡萝卜素含量分别下降45.3%和45.6%,有效穗数和结实率分别减少14.4%和10.7%,株高降低7.4%。透射电镜观察表明,ygl98突变体的叶绿体形状不规则,叶绿体中有许多空的囊泡状结构,类囊体数目减少,每个基粒仅由少数几个类囊体垛叠而成。遗传分析表明,ygl98的突变性状由1对隐性核基因控制。利用(ygl98/浙辐802) F₂作为定位群体,将突变基因定位在第3染色体长臂InDel标记I3和I4之间,遗传距离分别为0.07 cM和0.19 cM,两标记之间的物理距离约为44.2 kb,此区间内包含8个预测基因。基因组序列分析发现,ygl98突变体在编码镁离子螯合酶ChlD亚基的OsChlD基因编码区第1 522碱基处(位于第10外显子),碱基G突变为碱基A,从而造成编码蛋白序列第508位的丙氨酸(Ala)突变成苏氨酸(Thr)。该基因是已报道的水稻黄绿叶基因Chlorina-1的等位基因,但突变体表型有明显区别,Chlorina-1突变体在2~3周龄幼苗时开始出现黄绿叶,且该黄绿叶性状仅在苗期表现,而ygl98突变体整个生育期都表现为黄绿叶,这可能是OsChlD基因组序列的突变位点不同造成的。     

大豆突变体ygl2黄绿叶基因的精细定位

叶片是大豆进行光合碳同化的主要器官,其颜色与光能的捕获力和转化效率有关,也与大豆的产量密切相关。因此,大豆叶色相关基因的挖掘对从光合碳同化途径解析大豆产量问题具有重要意义。黄绿叶是区别于大豆普通绿色叶片的突变类型,是研究大豆叶色相关基因的重要遗传材料。本研究发现了一个黄绿叶突变体ygl2(yellow-green leaf 2),该突变体是由大豆品系GL11自然突变而来,其黄绿叶表型可以稳定遗传。与绿叶野生型GL11相比较,突变体ygl2叶片中叶绿素含量极显著降低,株高、百粒重、蛋白含量均存在显著差异。利用GL11和ygl2构建分离群体,遗传分析表明, ygl2的黄绿叶表型受1对隐性核基因控制,利用分离群体将黄绿叶基因ygl2定位于2号染色体末端SSR标记02₁04到02₁07之间,区间物理距离为56.1 kb,包含9个基因。本研究结果为大豆黄绿叶基因图位克隆及分子标记辅助育种奠定了基础。     

水稻ygl80黄绿叶突变体的遗传分析与目标基因精细定位

通过化学诱变获得遗传稳定的水稻黄绿叶突变体ygl80。与野生型亲本10079相比,ygl80突变体在苗期和孕穗期叶片叶绿素分别下降76.64%和54.59%,类胡萝卜素含量分别下降53.85%和41.18%,成熟期株高、每株有效穗数、每穗着粒数、穗长和千粒重分别减少14.8%、16.5%、21.3%、9.1%和7.4%。遗传分析表明,ygl80的突变性状由1对隐性核基因控制。利用(ygl80/浙辐802) F₂作为定位群体, 将突变基因定位在第5染色体长臂InDel标记C2和C3之间,遗传距离分别为0.24 cM 和0.39 cM,两标记之间的物理距离约为90 kb,此区间内包含11个预测基因。基因组序列分析发现,ygl80突变体在编码叶绿素合酶的YGL1(LOC_Os05g28200)基因编码区第5027碱基处(位于第14外显子),碱基C突变为碱基T,使编码蛋白序列第348位的脯氨酸(Pro)突变成亮氨酸(Leu)。该基因是已报道的水稻ygl1黄绿叶突变基因的等位基因。ygl80突变体在整个生育期都表现为黄绿叶,而ygl1突变体在苗期叶片黄化,中期慢慢转绿,后期叶色以及总叶绿素和类胡萝卜素的含量接近野生型,这可能是YGL1基因编码的叶绿素合酶蛋白的氨基酸不同突变位点造成的。     

水稻黄绿叶突变体ygl209的遗传分析与目标基因精细定位

水稻叶色突变体是研究高等植物光合作用、叶绿体发育和叶绿素代谢的重要材料。从水稻转基因育种材料中国91与镇稻88的BC4F3后代中分离到稳定遗传的粳型黄绿叶突变体ygl209,与野生型亲本镇稻88相比,突变体ygl209在苗期、分蘖期及抽穗期叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著降低,其中叶绿素b降幅最大;其他农艺性状中抽穗期、株高、有效穗数、主茎穗总粒数、结实率和千粒重无显著变化。遗传分析表明,ygl209的黄绿叶突变性状由1对核隐性基因控制。应用(ygl209/9311)F2、F3分离群体,将ygl209的叶色突变基因定位于第1染色体着丝粒附近571.6 kb的染色体区段内。对区段内与叶绿体发育有关的基因LOC_Os01g31110序列测定,ygl209突变体中LOC_Os01g31110基因的编码区1390位(位于第5外显子)上碱基由C转换成G,使编码蛋白序列由丙氨酸(Ala)变成了甘氨酸(Gly),推测LOC_Os01g31110即为ygl209的候选基因。     

一个新的水稻黄绿叶突变体的遗传分析及突变基因的精细定位

在水稻品种Dongjin的T-DNA插入突变体库中筛选到一份黄绿叶突变体T113,该突变体在生长的整个时期叶片都呈现黄绿色,且越到后期表型越明显。T113与野生型亲本Dongjin相比,叶片光合色素含量明显降低,株高变矮,结实率降低,每穗着粒数、穗长和千粒重均明显减少,抽穗期延迟,且黄绿叶性状不受温度影响,叶绿体中的类囊体排列较为疏松,出现更多的嗜锇体,叶绿素合成和质体发育相关基因表达量发生改变。遗传分析表明,T113的突变性状由1对隐性核基因控制。利用T113/N22的F2群体,将突变基因定位在第2染色体长臂Indel标记CX2和JX18之间,物理距离约为79 kb,此区间内包含12个预测基因。     

水稻温敏型叶片白化突变体tsa1的表型鉴定和基因定位

一个由甲磺酸乙酯(EMS)诱变宁粳36水稻品种获得的温敏型叶片白化突变体tsa1在低温条件下(20~24°C)表现叶片白化,但在较高温度下(28~32°C)叶色与野生型无显著差异。突变体白化叶片中叶绿素a和类胡萝卜素含量与野生型相比显著下降。显微观察发现突变体白化组织中正常叶绿体数量稀少,包含大量小型的异常叶绿体,进一步用透射电镜观察发现异常叶绿体中无发育完整的类囊体片层结构,表明该突变体中叶绿体发育存在严重缺陷。遗传分析表明该突变性状受单个隐性核基因控制。利用tsa1与南京11杂交所得的F₂群体中的368个隐性极端个体,将该突变基因定位于第5染色体长臂163 kb的范围内。本研究为该基因的图位克隆及功能解析奠定了基础。     

水稻“斑马叶”突变体B411叶绿体超微结构的观察

采用透射电镜技术,对水稻突变体B411"斑马叶"出现过程中叶片的叶绿体超微结构进行了研究。结果表明,在叶片包于叶鞘内的心叶期,叶片绿区叶绿体呈纺锤形,类囊体片层纵向整齐排列;黄区叶绿体呈不规则椭圆形,类囊体片层排列不规则。在叶片抽出叶鞘1d的嫩叶期,叶片绿区叶绿体类囊体片层增多并垛叠形成基粒结构,它们沿长轴整齐排列;黄区叶绿体类囊体膜断裂,片断化。在成熟期,叶片绿区叶绿体类囊体片层变得丰富和形成许多基粒结构;叶片黄区叶绿体内部结构严重解体,整个叶绿体呈高电子密度的囊泡状结构。在复绿期,叶片黄区逐渐变成绿色,叶绿体结构恢复正常,类囊体膜系统重建,且有序地沿叶绿体长轴方向排列,在基质中形成淀粉粒,表明其光合能力恢复。     

一个新的水稻黄绿叶突变体的遗传分析与基因定位

通过化学诱变获得一份稳定遗传的水稻黄绿叶突变体D83。该突变体苗期植株呈黄绿色,分蘖期开始逐渐转为淡绿色。与野生型相比,突变体苗期叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别下降45.03%、53.93%和39.56%,成熟期每穗着粒数减少9.45%,千粒重下降10.76%。对D83与正常绿色品种杂交F₁、F₂代的遗传分析表明,D83的突变性状由一对隐性核基因控制。以D83/浙福802 F₂代作定位群体,应用分子标记将D83所携带的突变基因定位于水稻第2染色体短臂的SSR标记RM110附近,InDel标记Ch2-27和Ch2-32之间,该基因与这2个InDel标记的遗传距离分别为1.2 cM和2.3 cM。认为D83所携带的突变基因是一个新的水稻黄绿叶突变基因,暂命名为chl13(t)。     

水稻叶片早衰突变体osled的生理特征与基因定位

叶片早衰直接影响作物的产量与品质, 因此, 研究叶片早衰的分子与生理机制对于作物遗传改良具有重要的意义。本研究利用⁶⁰Co辐射诱变水稻品种93-11获得突变体osled, 其从分蘖期叶片就开始早衰, 最先表现为叶尖和叶边缘变褐, 并伴有红褐色斑点。在苗期经模拟干旱胁迫处理后, 突变体不仅早衰, 而且植株变矮以及根系变短。生理分析表明, 野生型剑叶、倒二叶和倒三叶的丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性及过氧化物酶(POD)活性基本不变, 但突变体则显著升高且倒二叶和倒三叶极显著高于野生型; 突变体和野生型三片叶的可溶性蛋白含量、过氧化氢酶(CAT)活性及叶绿素总含量均依次下降, 但突变体倒二叶和倒三叶的含量或活性均显著低于野生型。叶片经台盼蓝、二氨基联苯胺(DAB)及四唑硝基蓝(NBT)等细胞组织化学染色及透射电镜分析表明, osled叶片细胞膜系统已破坏, H₂O₂和O₂^?积累, 叶绿体已开始解体。遗传分析表明, osled受一隐性基因控制, 借助图位克隆技术将该基因定位于第3染色体长臂的RM15528与RM15553两个标记之间, 遗传距离均为0.7 cM, 该结果为进一步克隆OsLED基因并研究其功能奠定了基础。     

水稻斑马叶突变体zebra1349的表型鉴定及基因精细定位

从恢复系育种材料[R128//(R318/R1025)F1]F6中获得一个新的斑马叶突变体zebra1349,突变体秧苗期如果不移栽,与野生型一样表现绿色,移栽后5 d新抽出的叶片包括叶鞘会呈现出与叶脉垂直的黄绿相间的条纹,移栽后30 d抽出的叶片又表现正常绿色,成熟期主要农艺性状与野生型无明显差异。与野生型相比,突变体六叶期斑马叶黄区部位的总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量分别下降了55.86%、61.02%、39.34%和47.03%。透射电镜(TEM)观察表明,突变体斑马叶绿区部位叶绿体发育正常;黄区部位叶肉细胞中叶绿体结构异常,类囊体膜退化和分解严重,类囊体基粒片层数量明显减少,片层间距拉大,排列疏松。对zebra1349与正常叶色品种杂交F1、F2代的遗传分析表明该性状受1对隐性核基因调控。利用1192株zebra1349/02428 F2隐性定位群体,最终把ZEBRA1349基因定位在水稻第12染色体In Del标记indel39和indel44之间,其遗传距离分别为0.04 c M和0.17 c M,根据日本晴基因组序列推测,两标记之间的物理距离约为89 kb。本研究为ZEBRA1349基因的图位克隆和功能研究以及分子标记辅助育种奠定了基础。     

水稻新黄绿叶基因YGL9的分子定位

叶色突变体是研究高等植物光合作用、叶绿素代谢途径、叶绿体结构与功能分子机制的理想材料。本研究从EMS(ethyl methane sulfonate)处理的缙恢10号(Oryza sativa L.ssp.indica)诱变群体中发现了一个苗期呈现黄绿色、抽穗期渐变为淡绿色的叶色突变体,命名为yellow green leaf 9(ygl9)。与野生型相比,ygl9苗期和分蘖期光合色素极显著降低,抽穗期光合色素显著降低,气孔长度、气孔导度和蒸腾速率极显著增加,净光合速率无明显变化。透射电镜观察表明,ygl9的嗜锇小体增多、基粒模糊、基质片层减少且疏松,但叶绿体结构基本完整。遗传分析显示该突变性状受1对隐性核基因调控。利用西农1A/ygl9 F2群体中的759株隐性单株,最终将YGL9定位在第3染色体短臂SSR标记S03-1和In Del标记Ind03-19之间,遗传距离分别为0.13 c M和0.07 c M,物理距离为63 kb。本研究为YGL9基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

Less Chlorophyll Does not Necessarily Restrain Light Capture Ability and Photosynthesis in a Chlorophyll‐Deficient Rice Mutant

A chlorophyll‐deficient rice mutant, yellow‐green leaf 1 (ygl1), with a photosynthetic rate similar to that of wild type (Oryza sativa L., cv. Zhenhui 249 China) is presented in this study. Forty percent of the chlorophyll in the mutant captured 70 % of the light in photosystem II (PSII) compared with wild type. The 30 % decreased light in the mutant was compensated for by a relatively higher quantum yield of PSII, which conferred a total electron transport rate (J_T) equal to that in wild type. More photons were absorbed by wild type and exhausted through thermal dissipation. Gene expression analysis of the thylakoid membrane showed that the chlorophyll deficiency in the mutant did not impair the electron transport chain. To determine why the photosynthetic rate was similar between the chlorophyll‐deficient mutant and wild type, the leaf nitrogen (N) and Rubisco contents, stomatal and mesophyll CO₂ conductance, and chloroplast development were investigated. Our results indicate that the chlorophyll deficiency in the mutant had no negative impact on the chloroplast development in terms of size and grana stacking; moreover, the chloroplastic CO₂ concentration and Rubisco content were comparable to those in wild type. We conclude that the light‐capturing ability of normal rice plants is not fully utilized and that absorbed light in the chlorophyll‐deficient mutant is more efficient in participating photosynthesis.     

水稻淡黄叶矮化突变体yld的遗传分析及基因定位

水稻叶色突变体是研究植物光合作用、叶绿素代谢和叶绿体发育的重要材料。本研究从籼稻品种蜀恢527经EMS(甲基磺酸乙酯)诱变处理后代中筛选出一个淡黄叶矮化突变体Yellow leaf and dwarf(yld)。与野生型蜀恢527相比,该突变体全生育期都表现出淡黄叶矮化性状,其剑叶的淡黄色表型最为明显,倒二叶次之,倒三叶最弱,其中剑叶的叶绿素及类胡萝卜素含量降低最为明显;并且伴随着穗粒数、千粒重、结实率、株高等主要农艺性状的显著降低,但有效穗显著增多。透射电镜观察结果显示,与野生型相比,该突变体多数叶绿体结构基本完整,但基粒模糊,基质片层大量减少且排列疏松。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。在yld突变体与粳稻武运粳7号杂交的F2群体中分离出323个突变单株,最终将YLD基因定位在第11染色体的L5和L7两标记之间,物理距离为115.7 kb。本研究为YLD基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

Identification and fine mapping of a candidate gene for oil yellow leaf 2 conferring yellow leaf phenotype in maize

Leaf colour is an important agronomic trait for studying molecular mechanisms in chlorophyll biosynthesis and chloroplast development. Here, a novel mutant oil yellow leaf 2 (Oy2) with a typical yellow leaf phenotype at the seedling stage was identified from the mutant population derived from the maize inbred line RP125. Compared with wild type, Oy2 mutant displays decreased chlorophyll content, reduced photosynthetic capacity and impaired chloroplast structure, which is likely controlled by a single recessive gene. The Oy2 locus was then delimited into a 117 kb region on chromosome 5 harbouring four genes, amongst which the gene Zm00001d013013, encoding a magnesium chelatase subunit D, was identified as the only candidate gene associated with Oy2 mutant phenotype. Moreover, the expression levels of candidate gene Oy2 and genes associated with chlorophyll biosynthesis and photosynthesis were tested by RNA‐seq and qRT‐PCR, implying that the causal gene Oy2 playing a critical role in chlorophyll synthesis. Taken together, we propose that the causal gene Oy2 highly associated with the yellow leaf phenotype may be helpful in elucidating photosynthetic pigments biosynthesis and chloroplast development in maize.