转基因水稻叶片外卷突变体的机理

以水稻品种明恢86和明恢86转基因水稻正常叶植株为对照组进行研究,对叶片横截面组织结构的观察发现,单位面积突变体外卷叶片的上表皮泡状细胞数量增加,推测外卷是由于泡状细胞数量增加引起的.遗传分析结果显示,该卷叶突变性状是由隐性单基因突变引起的.外源基因在卷叶突变体中为单拷贝,并且外源基因与卷叶性状共分离,说明卷叶性状是T-DNA插入引起的.T-DNA插入位点分析结果显示插入位点位于水稻第9号染色体长臂上的非基因区,是一个新的与水稻卷叶相关的突变位点.     

水稻窄卷叶突变体nrl4的表型分析与基因定位

【目的】研究水稻卷叶突变体叶形变化的分子机理,鉴定出新的水稻卷叶基因。【方法】利用EMS诱变籼稻品种浙农34,获得一个窄卷叶突变体,命名为nrl4(narrow and rolling leaf 4)。在抽穗期随机选取野生型浙农34和nrl4各10株,对其进行表型观察和主要农艺性状调查等,并测定叶绿素含量;同时用Zeiss荧光显微镜观察剑叶中部叶片横切面维管束的数目并统计泡状细胞数量。以多代自交稳定的突变体nrl4为母本与野生型浙农34杂交,观察植物F_1和F_2叶片表型,统计F_2中性状分离比并作卡方测验,分析突变表型的遗传行为。利用nrl4与粳稻品种浙农大104杂交,采用F_2分离群体进行基因精细定位。利用定量表达对定位区间内5个预测的基因进行相对表达量的分析。【结果】与野生型相比,窄卷叶突变体nrl4抽穗期时全部叶片卷曲且变窄、叶绿素含量升高;株高稍有增加,结实率增大,籽粒明显变长、变窄。窄卷叶突变体nrl4功能叶夹角不同程度减小,叶形更为直立。突变体叶近轴表面特有的泡状细胞数目降低、体积变小,导致叶片向内卷曲。突变体nrl4的叶脉数减少,叶片变窄,中脉一侧2个大维管束之间的小维管束平均为4.5个,而野生型为6.0个。遗传分析表明,突变体nrl4和浙农34杂交的F_1表型正常,F_2群体中正常植株与窄卷叶突变植株的分离比符合3﹕1,表明突变体nrl4的突变性状受1对隐性核基因控制;利用SSR和In Del分子标记将nrl4定位在水稻第3染色体长臂3M11103和3M1115之间、物理距离约为53 kb的区间。在这一区间内,有5个预测注释基因,序列比对和表达分析表明在野生型浙农34和突变体nrl4之间,这些基因序列及启动子序列均未发生变化,但是LOC_Os03g19770在突变体叶片中的表达量显著增加。【结论】nrl4叶片变窄与维管束数目减少有关,叶片发生内卷与泡状细胞数目减少、体积变小有关。水稻窄卷叶突变体nrl4的性状由1对隐性核基因控制,该基因位于第3染色体In Del标记3M11103和3M1115物理距离约为53 kb的区间内,预测区间内基因序列及5′UTR区未发现碱基变异,但LOC_Os03g19770在突变体叶片中的表达量达到了野生型植株叶片的17.5倍,推测LOC_Os03g19770为候选基因。     

水稻穂顶部颖花退化T-DNA插入突变体的分子鉴定及表型特征分析

水稻穗部是重要的农艺性状之一,穂顶部颖花退化会导致水稻产量大幅下降。本研究对水稻穗退化T-DNA突变体进行分子鉴定和表型分析,旨在进一步探明水稻穗发育的调控机制。我们从水稻突变体库POSTECH RISD(Rice T-DNA Insertion Sequence Database)中筛选到了3个T-DNA插入突变体,paa1、paa2和paa3。这些突变体中T-DNA分别插入到水稻穂顶部颖花退化候选基因LOC_Os04g56160的第1个内含子、第8个外显子和3′端非翻译区。分别在T-DNA插入位点两侧水稻基因组和T-DNA片段上共设计3条引物,利用PCR方法鉴定出paa1、paa2和paa3突变纯合体与杂合体。3个突变杂合体自交后代(T_3)植株表型与基因型共分离分析结果显示,paa1及paa2植株的穗顶部颖花退化表型与基因型相吻合,而paa3植株的颖花发育正常。paa2与PAA-Hwa(LOC_Os04g56160基因点突变体,表型为穗顶部颖花退化)杂交,F_1代植株表现为穂顶部颖花退化。农艺性状调查结果表明,paa1及paa2与对照品种相比在株高、穗长、单株有效分蘖数等所有农艺性状上存在显著差异,然而paa3仅在部分农艺性状上表现差异。以上结果表明paa1和paa2为穗顶部颖花退化T-DNA插入突变体,LOC_Os04g56160为水稻穗顶部颖花退化调控基因,该结果为水稻穗发育研究奠定了理论基础。     

一个水稻卷叶突变体zw209的遗传分析与精细定位

叶片是植物光合作用的主要场所,优良的叶片形态有利于塑造理想株型,提高光合效率。为了研究叶片形态建成的分子机制,从水稻T-DNA突变体库中筛选到1个叶片极度卷曲的突变体zw209,突变体有2个显著特征:1突变体泡状细胞数量和面积均变小;2突变体的叶绿素含量较高,具有较高的光合效率。遗传分析表明,zw209的突变性状由一对隐性核基因控制。通过图位克隆,将基因(ZW209)精细定位到9号染色体长臂上,位于In Del136和In Del140之间的92.3 kb区域内。在这个区域内,尚未见报告已克隆的卷叶基因,很可能是一个新的基因位点。上述结果明确了突变体的表型特征及遗传规律,为克隆ZW209基因和揭示其作用机理奠定基础。     

水稻白条纹叶突变体gws的生理特性及突变基因共分离分析

利用水稻T-DNA插入突变体库中获得的单隐性核基因控制的白条纹叶突变体gws进行光合特性、显微结构和遗传分析等研究.结果显示gws突变体叶绿素及叶绿素合成中间产物含量都降低,光合效率下降;叶片白色区域细胞无叶绿体,白绿交界处有少量前质体和叶绿体,绿色区域的叶绿体发育正常;共分离分析表明,gws突变体的突变表型不是由T-DNA插入第二染色体位点引起.     

水稻穗形态建成基因PMM1的遗传分析与初步定位

在水稻粳稻品种中花11T-DNA插入突变体库中鉴定了3个穗形态突变体,它们均表现为植株半矮、叶夹角变小、一次枝梗轮生、复粒、粒长变短、粒宽变宽等突变表型。基因双突变杂交F1表型考查证明这3个突变体为等位突变体,T-DNA标签共分离检测表明这3个突变体的表型与T-DNA插入无关。通过与籼稻品种珍汕97配置3个杂交组合,由经典的孟德尔遗传分离比显示,突变性状受1对隐性基因(panicle morphological mutant 1,PMM1)控制。采用基因图位克隆的方法,已将基因PMM1定位在第4染色体长臂上的RM3866-1和X4(InDel)标记之间,其两侧物理图距为147kb左右。     

水稻单侧卷叶突变体url2(t)的鉴定与遗传分析

水稻叶片适度卷曲有利于保持叶片直立,改善群体内部光照条件,提高光能利用效率,从而提高产量和品质.卷叶突变体是水稻超高产育种重要的种质资源.在甲基磺酸乙酯诱变水稻骨干恢复系缙恢10号构建的突变体库中发现了一个单侧卷叶突变体,暂命名为url2(t).该突变体表现叶片单侧向近轴面卷曲,另一侧则基本保持平展.突变体不同时期的叶绿素质量分数均高于其野生型缙恢10号,尤其拔节期和抽穗期,url2(t)突变体显著高于野生型缙恢10号.url2(t)突变体叶片在孕穗期和抽穗期卷曲度适中,功能叶的叶基角均小于缙恢10号,即叶片表现直立.这样的形态结构使水稻叶片直立有利于合理密植、提高光能利用率、高光效群体的建成及光合产物的积累.遗传分析表明该突变性状受一对隐性基因控制.     

水稻单侧卷叶突变体url2(t)的鉴定与遗传分析

水稻叶片适度卷曲有利于保持叶片直立,改善群体内部光照条件,提高光能利用效率,从而提高产量和品质.卷叶突变体是水稻超高产育种重要的种质资源.在甲基磺酸乙酯诱变水稻骨干恢复系缙恢10号构建的突变体库中发现了一个单侧卷叶突变体,暂命名为url2(t).该突变体表现叶片单侧向近轴面卷曲,另一侧则基本保持平展.突变体不同时期的叶绿素质量分数均高于其野生型缙恢10号,尤其拔节期和抽穗期,url2(t)突变体显著高于野生型缙恢10号.url2(t)突变体叶片在孕穗期和抽穗期卷曲度适中,功能叶的叶基角均小于缙恢10号,即叶片表现直立.这样的形态结构使水稻叶片直立有利于合理密植、提高光能利用率、高光效群体的建成及光合产物的积累.遗传分析表明该突变性状受一对隐性基因控制.     

T-DNA (Ds) 插入产生的水稻卷叶突变的遗传分析

在筛选和鉴定水稻T-DNA（Ds）插入纯合体的过程中,观察到1个叶片卷曲的突变体．对该突变体进行遗传分析表明,分离群体出现叶片卷曲和叶片正常2种植株类型,其分离比率为3：1,符合1对基因的显性遗传．Basta抗性检测及PCR分子检测证实,该突变体是由单一T-DNA（Ds）插入所引起的,突变性状与T-DNA（Ds）共分离．该突变材料可用于插入座位的基因克隆．     

希金斯刺盘孢T-DNA插入突变体表型筛选及其特性分析

以希金斯刺盘孢菌株Ch-1为供试野生型菌株,通过农杆菌介导转化方法获得含2 000个转化子的T-DNA插入突变体库,筛选菌落生长异常或致病缺陷突变体,分析致病缺陷突变体的T-DNA插入拷贝数和位点。结果显示,筛选到14株菌落异常突变体,包括2株生长缓慢突变体Ch-1-E393和Ch-1-C135、12株菌落形态异常突变体(包括色素异常、菌落扇变或菌丝坍塌现象),另外筛选到1株致病缺陷突变体Ch-1-G090。致病性测定结果表明,致病缺陷突变体Ch-1-G090接种拟南芥后,叶片发病明显减弱,且未产生水渍状病斑。显微观察发现该突变体分生孢子在叶片上仅能产生少量初生菌丝,不能正常形成次生菌丝。Southern杂交显示,致病缺陷突变体Ch-1-G090为T-DNA双拷贝插入;通过Inverse-PCR法获得插入T-DNA的侧翼序列,明确该突变体T-DNA插入位点分别为假定蛋白(Ch063_10682)和RNA加工蛋白FCF1(CH063_10671)编码区。     

水稻yl1黄叶突变体的基因克隆与功能分析

叶片是植物进行光合作用的重要器官,是作物产量形成的基础。作物叶色突变体不仅是研究叶绿体发育机制、培育高光效新种质的前提,而且可以作为性状标记,应用于良种繁育及杂交育种。在经化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)处理的粳稻品种Kitaake突变体库中,筛选得到黄叶突变体yl1,yl1突变体的株高、穗粒数、千粒重与野生型相比均降低。遗传分析表明,yl1黄叶表型由单隐型基因控制,图位克隆表明yl1编码叶绿素酸酯a氧化酶(chlorophyllide a oxygenase,OsCAO1,LOC_ Os10g41780)基因发生点突变;yl1突变体OsCAO1突变位点位于催化功能域,没有改变其在叶绿体中的定位,且在不同物种之间高度保守,这表明该位点可能是OsCAO1的酶活关键氨基酸位点。     

一个水稻卷叶基因的遗传分析和精细定位

【目的】水稻叶片是光合作用的重要场所,也是理想株型的重要构成因素,通过对卷叶相关基因进行遗传分析和精细定位,为水稻卷叶基因分子标记辅助育种提供紧密连锁标记。【方法】从⁶⁰Co-γ射线辐射诱变籼稻品种9311（wild-type,WT）所得突变体库中获得了一份卷叶突变体材料,暂时命名为rl16(t)（rolled leaf 16）。首先,对突变体rl16(t)进行连续多代套袋自交,确定突变表型的稳定性。在抽穗期,随机选取rl16(t)和WT各10株,分别测量剑叶卷曲度以及主要农艺性状。同时取rl16(t)和WT新鲜叶片的相同部位用FAA固定,乙醇系列脱水,石蜡包埋,用石蜡切片机切10 μm薄片置于载玻片上,番红染色后置于显微镜下,拍照观察叶片泡状细胞显微结构,对泡状细胞个数和面积进行统计和测量。在分蘖期各取10株rl16(t)和WT剑叶,测定叶绿素含量。以rl16(t)为母本与WT杂交,观察F₁ 和F₂植株的叶片表型,进行χ²测验,分析突变体的遗传行为。将卷叶突变体rl16(t)与粳稻品种滇粳优杂交F₂分离群体作为定位群体,同时利用SSR标记结合新发展的InDel分子标记用于定位目的基因。利用基因表达定量对定位区间内的3个已知结构域基因和已克隆的水稻卷叶相关基因进行定量表达分析。【结果】与WT相比,rl16(t)叶片出现显著内卷,株高降低,穗长变短,结实率降低等表型变化。rl16(t)自苗期（3叶1心）整株就出现叶片纵向内卷成近似筒状的表型。随着发育进程,植株叶片始终呈现卷曲表型,而WT叶片在发育进程中则始终呈平展状。剑叶石蜡切片观察发现,rl16(t)泡状细胞数量和面积与WT相比均减少。WT的泡状细胞数量为（385.1±43.6）个/mm²,rl16(t)泡状细胞数量为（1059.5±254.4）个/mm²。rl16(t)除泡状细胞发生变化外,叶片其他细胞结构与WT相比均无显著性变化。突变体rl16(t)的类胡萝卜素含量低于WT,而叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均显著高于WT。rl16(t)与WT杂交所得F₁植株表现叶片平展,并且在包含423单株的F₂中,分离出97株卷叶植株和326株平展叶植株,分离比符合3﹕1（χ²=0.86＜χ²_0.05= 3.84）。将Rl16(t)初步定位于第9染色体长臂SSR标记RM23769和RM23916之间,进一步扩大定位群体,最终将该卷叶基因定位在InDel标记DF70和SSR标记RM23818之间,该区段物理距离为51 kb。定位区间内有3个编码已知结构域的基因,分别是LOC_Os09g09320、LOC_Os09g09360和LOC_Os09g09370。rl16(t)与WT在基因LOC_Os09g09320与LOC_Os09g09370的表达量上无显著性差异。而rl16(t)中LOC_Os09g09360的表达量显著降低,只有WT的一半。对已克隆的8个卷叶基因进行表达定量分析,发现有7个基因（SLL1、ROC5、RL14、SRL1、ACL1、NRL1和NAL7）在rl16(t)中出现了不同程度的表达下调,只有OSZHD1表达上调。【结论】rl16(t)叶片发生内卷与泡状细胞数量变少,与面积变小相关。Rl16(t)是一个新的卷叶基因,LOC_Os09g09360有可能是目标基因。     

1个水稻雌配子不育突变体的筛选及初步分析

在水稻转基因后代中,筛选到1个与雌配子育性相关的突变体,该突变体自交后代群体外源标记基因(潮霉素磷酸转移酶hpt)保持1∶1的分离规律,连续6代自交没有得到纯合株系;正、反杂交以及测交分析显示,潮霉素抗性基因只能通过雄配子进行传递;结实率统计分析表明具有外源标记基因hpt的单株有近乎一半的雌配子发生败育,胚囊的育性与外...     

GraS is critical for chloroplast development and affects yield in rice

Leaf color has been considered an important agronomic trait in rice (Oryza sativa L.) for a long time. The changes in leaf color affect the yield of rice. In this study, a green-revertible albino (graS) mutant was isolated from a ⁶⁰Co-gamma-irradiated mutant pool of indica cultivar Guangzhan 63-4S. The fine mapping indicated that graS mutant was mapped to chromosome 1, and was located in a confined region between markers ab134 and InDel 8 with genetic distances of 0.11 and 0.06 cM, respectively. Based on the annotation results, four open reading frames (ORFs) were predicted in this region. Sequence analysis revealed that LOC_Os01g55974 had a 2-bp nucleotide insertion (AA) in the coding region that led to premature termination at the 324th base. Sequence analysis and expression analysis of related genes indicated that LOC_Os01g55974 is the candidate gene of GraS. We studied the genome and protein sequences of LOC_Os01g55974, and the data showed that GraS contains a deoxycytidine deaminase domain, which was expressed ubiquitously in all tissues. Further investigation indicated that GraS plays an essential role in the regulation of chloroplast biosynthesis, photosynthetic capacity and yield. Moreover, leaf color mutant can be used as an effective marker for the purity of breeding and hybridization.     

水稻OsABC1K3突变体鉴定及其对强光胁迫的响应

【目的】强光胁迫能够抑制植物光合作用,严重时造成光合器官破坏,影响作物生长和产量。以T-DNA插入突变体为材料,研究水稻ABC1（activity of bc1 complex）激酶基因OsABC1K3响应强光胁迫的生理功能。【方法】根据水稻基因组注释数据库预测的OsABC1K3不同转录本共有序列设计引物,采用3′ RACE对OsABC1K3可变剪接进行验证;从水稻T-DNA插入序列数据库中获得该基因的T-DNA插入突变体osabc1k3,通过加代繁殖和PCR检测取得纯合突变体,调查突变体株高、结实率、种子大小等农艺性状,采用Arnon法测定叶片色素含量,利用LI-6400便携式光合测定系统测定抽穗期旗叶光合速率,采用透射电镜分析叶绿体超微结构;将生长于300 μmol·m^-2·s^-1光照强度下的野生型和突变体幼苗转移至800 μmol·m^-2·s^-1光照强度进行强光处理,观察植株表型,分析叶绿体超微结构和叶绿素含量变化;用含20 μmol·L^-1甲基紫精（MV）和0.1%吐温20的水溶液喷洒野生型和突变体幼苗叶片表面,以单独用0.1%吐温20喷洒的幼苗作为对照,观察叶片表型,测定处理后超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量;采用实时荧光定量PCR分析突变体淀粉合成、叶绿体异戊二烯基脂合成及叶绿体ABC1激酶基因的表达。【结果】OsABC1K3仅检测到一个转录本LOC_Os05g25840.3。osabc1k3突变体株高和结实率下降,种子变小,其中,粒宽下降了13.4%,粒厚下降了6.8%,千粒重下降了18.2%,而粒长与野生型无显著差异。突变体叶片叶绿素含量下降,而叶绿素a/b和类胡萝卜素含量高于对照。突变体叶绿体形态正常,但缺乏淀粉粒。光合活性分析表明,突变体叶片光合速率与野生型无显著差异。强光处理7 d后,突变体叶片发生黄化;9 d后,部分植株枯死。强光处理后突变体叶绿体类囊体结构紊乱,出现大量的空泡。进一步对叶绿素含量进行测定表明,突变体叶片叶绿素衰减程度显著高于对照。然而,MV处理后突变体叶片坏死程度、SOD活性及MDA含量与野生型无显著差异。此外,OsABC1K3突变影响了叶片淀粉合成、叶绿体异戊二烯基脂合成及叶绿体ABC1激酶基因的表达。【结论】OsABC1K3可能不参与水稻氧化胁迫的防御,而通过遗传控制的信号途径调控强光胁迫响应。     

水稻控制光响应基因Nfm1的图位克隆

抽穗期是水稻的重要农艺性状之一,决定着品种的地区与季节适应性,因而成为水稻育种家考虑的主要目标性状之一。前期克隆了一些控制水稻抽穗期的主效基因,但是对控制水稻抽穗期的调控因子的鉴定还非常有限。通过筛选水稻突变体库,获得一份在长日照条件下(LD)不开花的突变体(non flowering mutant 1,nfm1),其在短日照条件下能够正常开花。利用图位克隆,将Nfm1基因缩小在2个分子标记In Del1与In Del2之间,范围在50 kb区间内,该区间包含4个基因。通过序列测定,确定LOC_Os09g13740为Nfm1的候选基因。在突变体nfm1中,LOC_Os09g13740基因的第六外显子242处丝氨酸突变为异亮氨酸。突变体nfm1等位于已报道的水稻突变体lvp1-1,Nfm1编码一个含有SET结构域的组蛋白甲基转移酶SDG724。值得关注的是,在短日照条件下,突变体nfm1显著地提高每穗粒数,显示LOC_Os09g13740基因的弱表达可能在适应的生态区具有潜在的生产应用潜力,为培育适应不同生态区域的水稻品种提供了参考。     

一个水稻早衰突变体基因的精细定位

【目的】对水稻叶片早衰突变体W330进行遗传分析及精细定位,获得控制突变表型的基因。【方法】用60Co-γ辐射诱变籼型水稻恢复系中恢8015,从突变体库获得一份叶片早衰突变体W330。对该突变体进行表型观察和主要农艺性状调查。利用多代自交稳定的突变体W330与粳稻品种02428杂交,观察F1和 F2的表型,并统计F2群体中早衰突变表型与正常野生型的分离情况,分析该突变表型的遗传行为。利用构建的F2群体进行精细定位和候选基因分析,然后对候选基因进行DNA测序、酶切分析、表达分析、酶活测定及进化分析。【结果】突变体W330从三叶期开始出现叶片衰老,直至抽穗期及黄熟期。与野生型相比,突变体W330株高变矮、分蘖减少、叶片变窄、抽穗期不变、每株有效穗数、每穗着粒数和结实率亦显著降低。W330与02418杂交的F1表现正常,F2群体中正常植株与早衰突变植株的分离比符合3﹕1,表明突变体W330的突变性状受1对隐性核基因控制。利用F2定位群体及SSR、Indel标记,最终将目标基因定位在第3染色体短臂上2个分子标记CD-5与CD-7之间,物理距离约为21.5 kb。基因预测表明该区域共有4个完整的ORFs。其中,LOC_Os03g0131200编码一个过氧化氢酶OsCATC,基因组序列分析表明,W330突变体中的该基因从ATG开始第109位,在第一个内含子的末位发生了一个C到G的颠换,造成第一个内含子没有剪切,最终导致翻译提前终止,酶切试验验证了这一突变位点。与野生型亲本中恢8015相比,W330突变体在三叶期叶片中的过氧化氢酶的活力下降了47.8%,而过氧化氢含量上升了2.7倍。由此,推定W330与OsCATC等位。系统进化分析发现,OsCATC与水稻中同源的过氧化氢酶不在同一进化分支上。实时荧光定量PCR发现,与其野生型相比,突变体W330叶片中的OsCATA和OsCATB的表达量显著上升,而OsCATC的表达量没有明显的变化。推测,这3个高度同源的基因在水稻体内可能存在互补机制。【结论】W330突变体基因是已报道的过氧化氢酶基因OsCATC的等位基因。W330突变体在第一个内含子上发生的一个点突变造成可变剪切的发生,使得水稻一个过氧化氢酶失活,导致突变体W330突变表型的出现。     

T-DNA插入产生的水稻小粒突变体遗传分析

[目的]研究水稻粒形突变体的遗传特性及其在水稻遗传改良中的作用。[方法]筛选水稻T-DNA插入纯合体,鉴定表型变异,通过表型突变的遗传分析及其与T-DNA插入共分离的检测,研究水稻表型突变的遗传特性。[结果]观察到1个粒形突变体T56。主要表现为粒长变短、粒宽变窄及千粒重降低;对该突变体进行遗传分析,分离群体出现野生型和突变体2种类型,其分离比符合3∶1,表明该突变体表型受1对隐性基因控制。突变体及其后代分离群体的Basta抗性检测和PCR分子检测结果表明,该突变体由T-DNA插入所引起,突变性状与T-DNA共分离。[结论]该材料可用于插入座位的基因克隆和水稻遗传改良的种质资源。