水稻早衰突变体esl5的鉴定及其基因精细定位

叶片早衰直接影响作物产量和品质, 鉴定早衰突变体、图位克隆调控基因对于研究植物衰老机理具有重要的意义。以甲基磺酸乙酯诱变水稻籼型恢复系缙恢10号, 获得一个早衰突变体esl5 (early senescent leaf mutant 5), 本文对其进行了形态鉴定、细胞学观察、理化分析和基因定位等研究。结果表明, 与野生型相比, esl5的苗期叶片正常, 分蘖期呈黄绿色, 孕穗期开始叶片中上部逐渐黄化衰老; 衰老部位的细胞结构异常, 细胞膜降解, 叶绿体基质片层疏松、排列不规则, 光合色素含量和光合速率极显著下降。此外, esl5的·OH和H₂O₂含量极显著升高, SOD和CAT的活性则极显著降低。与野生型相比, esl5的生育期延长了20 d左右, 千粒重显著增加, 穗粒数、实粒数和结实率则显著降低。esl5受1对隐性核基因调控, 精细定位在第3染色体Indel标记Indel03-1和Indel03-2之间83.4 kb的物理范围内, 包含11个注释基因, 这为ESL5的克隆和功能研究奠定了基础, 也有利于水稻品种的遗传改良。     

水稻叶片淀粉积累及早衰突变体esl9的鉴定与基因定位

利用EMS诱变籼型三系保持系西农1B,获得了一个新的水稻叶片淀粉过度积累而导致的早衰突变体esl9(early senescence leaf 9)。该突变体苗期叶片呈淡绿色,分蘖期开始除心叶外的叶片从叶尖开始黄化衰老,逐渐延伸至叶中上部,基部保持绿色,该性状一直持续到成熟。与野生型相比,esl9叶片光合色素含量下降,O_2~-、·OH和H_2O_2等活性氧含量上升,保护酶系统中SOD和CAT活性降低。组织化学分析表明,esl9叶片中积累了大量的淀粉颗粒,淀粉含量显著上升;qRT-PCR结果显示,淀粉合成途径相关基因上调,磷酸丙糖(TP)分配途径基因下调,推测基因突变可能改变了TP的分配途径,导致叶片过度积累淀粉,破坏叶绿体结构,光合系统受阻,活性氧增多,引起叶片黄化衰老。遗传分析表明该突变体受一对显性核基因调控,ESL9位于第11染色体标记S11-110与S11-87之间,物理距离为304.9 kb,这为进一步基因克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻叶片早衰突变体ospls7的生理特性及其基因定位

衰老是叶片发育的最后阶段,但叶片,尤其是功能叶,早衰将影响作物的产量与品质,因此,研究叶片早衰的分子生理机制对培育耐早衰优良品种具有重要意义。通过60Co-γ辐射诱变旱稻Monolaya获得一个稳定遗传的叶片早衰突变体ospls7,本文对其形态、叶片衰老生理特征、茎节细胞特性以及衰老性状遗传与基因定位等方面进行了研究。大田条件下,突变体ospls7叶片早衰性状始于三至四叶期幼苗,主要表现为:叶尖及中上部叶边缘黄色褐化并最终枯萎,成熟期穗长和各茎节长度均极显著短于野生型对照,最终导致植株矮化。究其原因,可能是由于突变体茎节细胞变短。叶片衰老生理结果表明,与野生型对照相比,孕穗期突变体ospls7倒二叶和倒三叶的叶绿素总含量、净光合速率、可溶性蛋白、过氧化氢酶活性均极显著降低,致使其叶片中H2O2大量累积并引起丙二醛含量急剧增加。同时,孕穗期突变体ospls7剑叶、倒二叶和倒三叶的内源ABA含量均极显著高于野生型对照,qRT-PCR结果证实ABA大量累积的原因在于ABA合成基因OsNCED3和OsAAO3显著上调,而其代谢基因OsABA8ox2和OsABA8ox3则显著下调。遗传分析结果表...     

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。     

水稻叶片早衰突变体ospls3的生理特征和基因定位

叶片衰老是作物叶片发育的最后阶段,功能叶早衰将影响作物产量和品质,因此,研究叶片早衰的分子与生理机制对于培育耐早衰优良品种具有重要意义。本研究利用⁶⁰Co辐射诱变籼稻N142,获得叶片早衰突变体ospls3,其叶片早衰始于分蘖期,最先表现为叶尖变褐及叶中上部出现褐色斑点,并向叶基部蔓延而使叶片枯死。生理分析表明,野生型剑叶的叶绿素含量显著低于倒二叶和倒三叶,而突变体的含量则分别低于野生型且依次显著降低;野生型剑叶、倒二叶和倒三叶间的超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、O₂^?含量和H₂O₂含量基本不变,而突变体的这些活性和含量则依次显著升高;野生型剑叶、倒二叶和倒三叶的可溶性蛋白含量和过氧化氢酶(CAT)活性变化不显著,而突变体则依次降低。遗传分析表明,ospls3受1对隐性基因控制,借助图位克隆技术将该基因定位于第12染色体长臂的RM6953与RM28753之间,物理距离为294 kb,该结果为进一步克隆OsPLS3基因并研究其功能奠定了基础。     

水稻早衰突变体esl3的鉴定与基因定位

叶片早衰直接降低作物的光合作用、产量和品质。因此,鉴定早衰突变体和研究其基因功能对于作物的遗传改良具有重要的作用。esl3来源于水稻籼型恢复系缙恢10号的EMS诱变库,苗期叶片中上部即呈现褐化枯萎,该特征一直持续到植株成熟。与野生型相比,突变体衰老部位叶绿素和光合速率极显著下降,绿色部位光合色素和光合速率则略有升高。农艺性状分析发现,结实率无显著变化,有效穗、穗长、穗粒数、千粒重、株高和干物质重则显著或极限著下降。遗传分析表明,esl3叶片早衰枯死性状受1对隐性核基因控制。利用391株日本晴/esl3的F₂突变型单株,最终把ESL3基因定位在第5染色体SSR标记RM19085和Indel标记Ind05-2之间,物理距离91 kb,包含14个注释基因,为下一步调控基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻早衰突变体esl2的遗传分析和基因定位

利用EMS诱变水稻籼型恢复系缙恢10号, 从其后代中鉴定出一个早衰突变体esl2, 苗期正常, 孕穗期开始叶尖和叶缘黄化衰老。与野生型相比, 孕穗期和抽穗期光合色素含量均显著下降, 抽穗期倒一叶的超氧化酶歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白(SP)含量降低, 活性氧(ROS)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)和脯氨酸(PRO)含量或活性增加。超微结构观察表明, esl2衰老部位的细胞多中空且形状不规则, 伴随细胞裂解、细胞质溶解等特征; 同时, 叶绿体结构异常, 叶绿体膜溶解、基粒模糊, 基质片层疏松, 类囊体发育异常。遗传分析表明, 该突变体受一对隐性核基因调控。利用1 005株西农1A/esl2的F₂隐性定位群体, 最终将Esl2定位在第4染色体SSR标记RM17122和swu4-13之间, 物理距离约244 kb, 这为Esl2基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻早衰突变体esl2的遗传分析及基因定位

利用EMS诱变水稻籼型恢复系缙恢10号,从其后代中鉴定出一个早衰突变体esl2,苗期正常,孕穗期开始叶尖和叶缘黄化衰老。与野生型相比,孕穗期和抽穗期光合色素含量均显著下降,抽穗期倒一叶的超氧化酶歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白(SP)含量降低,活性氧(ROS)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)和脯氨酸(PRO)含量或活性增加。超微结构观察表明,esl2衰老部位的细胞多中空且形状不规则,伴随细胞裂解、细胞质溶解等特征;同时,叶绿体结构异常,叶绿体膜溶解、基粒模糊,基质片层疏松,类囊体发育异常。遗传分析表明,该突变体受1对隐性核基因调控。利用1005株西农1A/esl2的F2隐性定位群体,最终将Esl2定位在第4染色体SSR标记RM17122和swu4-13之间,物理距离约244kb,这为Esl2基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻叶片早衰及盐敏感突变体osles的生理分析和基因精细定位

突变体osles (Oryza sativa leaf early-senescence and salt-sensitive)是利用⁶⁰Co辐射诱变籼稻品种自选1号后筛选获得的,该突变体从分蘖期开始叶片就出现早衰,主要表现为叶尖和叶边缘变黄,伴有红褐色斑点。此外,盐胁迫下,不仅突变体叶片卷曲枯萎,而且植株高度和生物量显著降低。与野生型相比,突变体除倒一叶外,倒二叶和倒三叶在分蘖期的叶绿素含量均显著降低,而POD活性则在倒一叶、倒二叶和倒三叶中依次显著升高;突变体3片叶片的MDA含量均高于野生型15%左右。除倒一叶外,突变体的SOD活性均显著高于野生型。此外,突变体和野生型3片叶中的可溶性蛋白含量依次下降,但突变体的倒一和倒二叶中的可溶性蛋白含量显著高于野生型,而倒三叶则相反;遗传分析表明,osles突变性状受一隐性基因控制,借助图位克隆技术将控制该性状的基因精细定位于第6染色体长臂的IN6-005769-11/12和RM20547两个标记之间,物理距离为210 kb,为进一步克隆该基因并揭示叶片的早衰分子生理机制奠定基础。     

水稻航天衰老突变体基因psl2的表型和遗传分析

叶片是植物最主要的光合作用器官,是水稻的源器官。其生长、发育和衰老的分子机理的研究对水稻经济产量和生物产量具有重要的意义。2006年我单位在参加农业部实践8号卫星航天育种工程的空间辐射诱变籼稻(Oryza sativa L.indica)泸恢H103中得到一叶片早衰突变体。初步研究结果表明,该早衰叶突变体表现的特点是:抽穗期前心叶抽出时,先前抽出的倒4叶片就开始变黄衰老,抽穗初期时先前抽出的倒3叶表现衰老,抽穗后期先前抽出的倒2叶表现衰老,灌浆期剑叶表现衰老,完全成熟时剑叶完全衰老死亡。利用该突变体分别与其野生型泸恢H103、R527、R602杂交,获得F1及其衍生的F2群体,对早衰叶突变体进行遗传分析。遗传分析表明由一隐性核基因psl2控制。本研究为最终定位和克隆目标基因奠定了基础。     

水稻叶缘白化突变体mal的遗传分析与基因定位

植物叶色变化对叶绿体发育和叶绿素生物合成等光合系统结构和调控机制的研究有着重要的理论意义。水稻叶缘白化突变体mal (marginal albino leaf),来源于恢复系缙恢10号(Oryza sativa L.ssp. indica)的EMS诱变群体,经过多代自交,其突变性状遗传稳定。与野生型相比,mal突变体整个生育期叶片边缘白化且叶片变窄,抽穗期倒三叶叶片、倒二叶叶边缘以及倒三叶叶边缘的叶绿素含量极显著降低。透射电镜观察发现,mal突变体叶片绿色部位细胞与叶绿体发育完全,白化部分叶肉细胞大部分中空,无明显完整的细胞器,叶绿体内部完全降解。遗传分析表明该突变体受隐性核基因控制,MAL被定位在第8染色体上SSR标记M22和InDel标记ID27之间,物理距离为171 kb。本研究将为MAL基因的图位克隆及功能研究奠定基础。     

水稻类病斑早衰突变体lmps1的表型鉴定与基因定位

经甲基磺酸乙酯(EMS)诱变优良籼型水稻恢复系缙恢10号,获得一个稳定遗传的水稻类病斑早衰突变体lmps1(lesion mimic and premature senescence 1)。该突变体苗期表型正常,分蘖早期出现褐色类病斑,且斑点数目随植株生长而增多,孕穗期叶片开始萎黄衰老。与野生型相比,突变体lmps1的每穗总粒数下降8%(P0.05),株高、穗长、有效穗数、每穗实粒数、结实率以及千粒重分别下降14.3%、24.3%、27.2%、50%、45.7%与14.5%,差异均达极显著水平(P0.01)。遮光处理表明,突变体lmps1的类病斑性状受光照诱导。孕穗期叶片光合色素含量下降且光合效率降低, H2O2含量增加,抗氧化酶SOD和CAT的活性显著降低。透射电镜观察结果显示,突变体lmps1叶肉细胞中叶绿体数目减少,叶绿体的类囊体片层结构损伤降解。qRT-PCR结果显示,突变体lmps1中防卫反应相关基因除POX22.3表达量降低外,POC1、PAL、PBZ1、PR1、NPR1、PR5表达量均极显著高于野生型。遗传分析表明突变体lmps1的类病斑早衰性状受1对隐性核基因控制,利用西农1A与突变体lmps1杂交所得F2群体中的突变株,将目标基因定位于第7染色体长臂端粒附近约167.3 kb的物理区段内。     

野生一粒麦与普通小麦不同绿色器官光合特性和叶绿体结构特征

对野生一粒麦(T.boeoticum)和普通小麦品种品七(T.aestivum.cv.Pin7)开花期不同绿色器官光合速率(Pn) 、 色素含量、 PSII活性及叶绿体超微结构进行了考察.结果表明:野生一粒麦各器官(旗叶叶片、叶鞘、穗下节间、 穗)的光合速率均明显高于栽培品种品七,这与各器官具有较高的叶绿素含量和较多的叶绿体基粒片层数目有密切关系.     

2种植物生长调节剂对糜子光合特性和产量的影响

为探究化学调控技术对糜子叶片光合特性和产量的调控效果,以糜子品种粘丰5号和齐黍1号为试验材料,采用大田试验,设置播种前1mg/L烯效唑（S₃₃₀₇）和50mg/L胺鲜酯（DTA-6）浸种2个处理,以清水浸种为对照（CK）,测定不同生育时期糜子的光合特性、干物质积累、农艺性状及产量构成因素等指标。结果表明,与CK相比,S₃₃₀₇和DTA-6浸种均可提高糜子拔节期和灌浆初期叶片叶绿素相对含量、气孔导度、蒸腾速率和净光合速率;S₃₃₀₇和DTA-6均可增加糜子茎粗,降低株高。S₃₃₀₇可提高灌浆盛期2个糜子品种茎干重、叶干重和穗干重,DTA-6对灌浆盛期糜子叶干重和穗干重有增加作用;S₃₃₀₇可提高2个糜子品种穗粒数;DTA-6增加了粘丰5号有效穗数,提高了齐黍1号穗粒数和千粒重。S₃₃₀₇和DTA-6处理下粘丰5号分别较CK增产11.05%和5.43%,齐黍1号分别较CK增产5.73%和16.24%。因此,S₃₃₀₇对粘丰5号、DTA-6对齐黍1号作用效果更好,增产率最高。     

水稻温敏型叶片白化转绿突变体tsa2的表型鉴定与基因定位

水稻温敏型叶色突变体是研究植物光合作用、叶绿体结构和功能以及温度影响叶绿体发育的理想材料。利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼型水稻(OryzasativaL.)三系保持系西农1B,从其后代中筛选到一个突变性状稳定遗传的温敏型叶片白化转绿突变体tsa2 (temperature-sensitive green-revertible albino 2)。与野生型相比, tsa2突变表型受温度影响, 22°C条件下萌发的野生型幼苗表型正常,而tsa2幼苗完全白化,且约40%白化苗死亡,存活白化苗的光合色素含量、光合速率均显著降低,成熟期主要农艺性状均显著变劣;在28°C下萌发的tsa2幼苗叶片呈浅绿色并伴有白条纹,其光合色素含量显著降低,光合速率及主要农艺性状差异较小; 32°C下萌发的tsa2幼苗叶片无明显差异。透射电镜观察显示,与野生型相比,tsa2在22°C下叶肉细胞中无叶绿体或存在异常发育叶绿体(尚未分化出基粒和基层),在28°C下部分叶肉细胞含少量发育完整的叶绿体,在32°C下叶肉细胞数量及形态均正常。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,与野生型相比,tsa2突变体中部分光合色素代谢途径基因、叶绿体发育相关基因及光合作用相关基因的表达水平呈不同程度变化。遗传分析表明, tsa2突变表型受一对隐性核基因控制, TSA2被定位于第5染色体SSR标记S5-57和S5-119之间,物理距离为718 kb。本研究为水稻遗传改良及研究温度影响叶绿体发育机制奠定了基础。