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。     

水稻矮化宽叶突变体osdwl1的生理特性和基因定位

株高是影响水稻倒伏的重要因素之一,培育适度矮化水稻品种有利于提高其抗倒性,进而减少产量损失并提高稻米品质,因此研究矮秆形成的分子生理机制具有重要意义。通过辐射诱变籼稻恢复系自选1号获得一个稳定遗传的矮化宽叶突变体osdwl1,本文对其形态与生理特征、细胞结构差异、遗传分析和基因定位等方面进行了研究。大田条件下,osdwl1矮化宽叶性状始于分蘖期后,成熟期穗长和各茎节长度均极显著短于对照,最终导致株高矮化,究其原因,是由于突变体茎节细胞变短所致;而叶片石蜡切片及扫描电镜结果显示,osdwl1的叶片小维管束数及其间距显著增加,从而导致叶片变宽,且其上下表皮的小刺毛数也极显著增加。此外,osdwl1的中上部叶片还表现黄化症状,该性状始于3~4叶期幼苗。生理分析和透射电镜观察表明,与野生型对照相比,孕穗期osdwl1的叶绿体类囊体结构松散,且部分已开始降解,从而导致其倒二叶和倒三叶的叶绿素总含量、净光合速率以及Fv/Fm比值均极显著降低,而其可溶性蛋白、过氧化氢酶及超氧化物歧化酶酶活依次极显著降低,从而导致叶中H2O2及O2-累积,促使丙二醛含量急剧增加。遗传分析表明,osdwl1的矮化宽叶表型受单隐性核基因调控,利用图位克隆技术将该基因定位于6号染色体短臂的SSR标记RM19297与InDel标记ID269-2之间,物理距离为333kb,该结果为进一步克隆OsDWL1基因并研究其功能奠定了基础。     

水稻矮化大粒突变体sdb1的鉴定与基因定位

适度矮化有利于提高水稻的抗倒伏性, 进而影响产量和品质, 是水稻育种中重要的选择性状之一, 因此研究矮秆形成的分子机制具有重要的意义。为鉴定新的矮秆资源, 探讨株高形成的分子调控机制, 我们对籼型恢复系缙恢10号的EMS (甲基磺酸乙酯)诱变体库进行了鉴定, 从中筛选到1个植株半矮化且籽粒变大的突变体sdb1。本文对其进行了形态鉴定、细胞学观察、遗传分析和基因定位等研究。田间种植条件下, 全生育期sdb1的株高都明显矮于野生型, 成熟期仅76.66 cm, 与野生型的117.43 cm相比, 下降了34.72%, 差异达极显著水平, 进一步分析发现sdb1的穗和各节间长均显著变短。在茎秆石蜡切片中发现, 纵向细胞的长度与野生型相比无显著变化, 横向细胞面积极显著变小、数量则极显著增加, 纵向细胞变少是导致sdb1植株半矮化的主要原因。除植株变矮外, sdb1的另一典型特征是籽粒变大, 千粒重由野生型的24.83 g变为突变体的29.00 g, 差异达极显著水平; 颖壳中薄壁细胞数量增加了22.05%, 致使籽粒的长、宽、厚均极显著变大, 从而提高了sdb1的粒重。此外, sdb1叶肉细胞层数增多, 导致其光合色素含量极显著高于野生型, 叶片呈现深绿色。遗传分析发现, sdb1的突变表型受单隐性核基因调控, 利用中花11/sdb1杂交组合的F₂隐性植株, 最终将调控基因定位在第4染色体SSR标记RM16632和Indel标记J50-7之间约406 kb的物理范围内。这为SDB1的克隆和功能研究奠定了基础, 也有助于水稻株高发育分子机制的进一步阐释。     

水稻斑点叶突变体spl21的鉴定与基因定位

通过双环氧丁烷(diepoxybutane)诱变籼稻品种IR64获得一个稳定遗传的红褐色斑点叶突变体spl21(spotted-leaf 21)。大田条件下,突变体播种后约2周叶片上开始出现红褐色斑点,随后部分斑点融合,从叶尖开始发黄枯萎,并沿叶片两侧边缘向下扩散,严重时叶片大部分或整体枯死。突变体spl21与野生型IR64相比,其株高、穗长、有效穗数、实粒数、结实率和千粒重等农艺性状均显著降低。组织化学分析表明,叶片斑点处及周围有H2O2沉积。突变还导致叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量极显著降低,叶片光合能力明显下降;此外,突变体中CAT、SOD、APX和可溶性蛋白含量均极显著降低,POD活性则极显著升高。遗传分析表明,突变体表型受1对隐性核基因控制。通过图位克隆法最终将该基因定位于第12染色体长臂下端介于In Del-8和RM28746之间约87 kb的区段内,暂名spl21(t),本研究为该基因的克隆与功能研究奠定了基础。     

一个水稻显性斑点叶突变体的鉴定和基因精细定位

通过EMS (ethane methyl sulfonate)诱变籼稻品种IR64获得一个稳定遗传的显性斑点叶突变体HM113。在大田环境下,突变体褐色斑点在播种后3周的叶片上产生,始穗期扩散至叶鞘。与野生型IR64相比,突变体HM113的株高、结实率和千粒重等农艺性状显著下降,光合色素含量、净光合速率和可溶性蛋白含量显著降低。同时突变体CAT和SOD活性显著降低,POD活性显著上升。组织化学分析显示,突变体叶片中积累了大量活性氧,且斑点处细胞坏死。白叶枯病菌接种结果显示,HM113是一个广谱抗性增强的突变体。实时定量PCR分析表明HM113中防卫反应基因AOS2、PAL4、PR10和PR1b等的表达大幅上调。遗传分析表明,突变体褐斑性状受单显性基因(Spl^HM113)控制,利用图位克隆法将该基因定位在第7染色体长臂RM21605和RM418之间,物理距离约为308 kb。本研究为褐斑基因Spl^HM113的克隆与功能分析奠定了基础。     

水稻半育突变体sfp10的生理特征分析及基因定位

以水稻花粉半育性突变体lsm与籼稻93-11构建的高世代回交导入系semi-fertility plant 10(sfp10)为研究对象,与野生型93-11相比,突变体在在株高、叶长、叶宽、分蘖数、花粉数量等农艺性状上均未发现显著差异,但花粉育性却显著下降。花粉镜检及花粉发育后期的扫描电镜观察结果显示,sfp10突变体部分花粉在发育后期淀粉积累减少并最终败育。花粉发育相关生理指标检测结果表明,突变体花药中脯氨酸和淀粉的含量显著下降;蔗糖在突变体穗部上游组织(源叶、库叶、茎)中积累量显著增加,但穗部含量却明显减少,说明蔗糖到穗部的运输过程受到影响。遗传分析表明,sfp10突变体性状受1对隐性核基因控制,基因初定位将突变位点定位于水稻10号染色体RM25389和RM25404之间的398 kb区间内,该区间包含3个与蔗糖转运相关的基因和1个与淀粉合成相关的基因。本研究为进一步开展花粉半育性调控基因的精细定位、基因功能及调控机制的深入研究奠定基础。     

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。     

水稻叶脉白化突变体wpsm的遗传分析与基因定位

叶绿素是植物生长发育必不可缺的元件。叶色突变体的发掘与研究在叶绿体发育、叶绿素代谢、光合作用等研究中具有重要作用。利用化学诱变剂EMS诱变水稻(Oryza sativa L.)籼型恢复系缙恢10号,从其后代中筛选出一份突变性状稳定遗传的叶脉白化突变体wpsm (white primary and secondary midrib)。与野生型相比,该突变体苗期表现正常,孕穗后期剑叶、倒二叶、倒三叶整张叶片的主叶脉和次级叶脉白化,叶肉细胞无显著变化,该性状一直持续到成熟期。抽穗期突变体wpsm的光合色素含量极显著低于野生型,净光合速率(P_n)及表观电子传递速率(ETR)极显著降低,株高、每穗实粒数、千粒重、结实率等农艺性状均显著降低。该突变性状受一对隐性核基因调控,利用892株西农1A/wpsm的F₂隐性定位群体,将该基因定位在第6染色体上引物InDel 10与InDel 4之间,遗传距离分别为0.06 cM和0.12 cM,物理距离约为56 kb。本研究为WPSM基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻条斑花叶突变体st(t)的鉴定与遗传定位

利用EMS诱变育成优良籼型恢复系缙恢10号,从其后代中鉴定出一个白色条斑花叶突变体st(t),在三叶期开始表现白斑,拔节期白斑变为不规则线状,一直保持到成熟。突变体叶绿素含量明显下降,类胡萝卜素含量显著升高。透射电镜观察表明,突变体的绿色叶片部位与野生型相比,在细胞结构上无明显差异,叶绿体发育正常;突变体的白化部位细胞结构异常,质体内多含有积聚在一起的嗜锇小球,不能发育出正常叶绿体所具有的类囊体和基质片层结构。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控,利用1500株西农1A/st(t)的F2隐性定位群体,最终把St(t)基因定位在第6染色体SSR标记RM19745和RM19762之间,遗传距离分别为0.07cM和0.27cM,根据9311基因组序列推测,两标记之间的物理距离约为345kb。这为St(t)基因的图位克隆和分子标记辅助育种奠定了基础。     

水稻条斑花叶突变体生态st(t) 的鉴定与遗传定位

利用EMS诱变育成优良籼型恢复系缙恢10号,从其后代中鉴定出一个白色条斑花叶突变体st(t),在三叶期开始表现白斑,拔节期白斑变为不规则线状,一直保持到成熟。突变体叶绿素含量明显下降,类胡萝卜素含量显著升高。透射电镜观察表明,突变体的绿色叶片部位与野生型相比,在细胞结构上无明显差异,叶绿体发育正常;突变体的白化部位细胞结构异常,质体内多含有积聚在一起的嗜锇小球,不能发育出正常叶绿体所具有的类囊体和基质片层结构。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控,利用1 500株西农1A/st(t)的F₂隐性定位群体,最终把St(t)基因定位在第6染色体SSR标记RM19745和RM19762之间,遗传距离分别为0.07 cM和0.27 cM,根据9311基因组序列推测,两标记之间的物理距离约为345 kb。这为St(t)基因的图位克隆和分子标记辅助育种奠定了基础。     

水稻黄绿叶基因YGL4的遗传分析和分子定位

通过EMS诱变恢复系缙恢10号,获得了一个稳定遗传的全生育期黄绿化叶色突变体。其叶绿素总含量稳定在2.01~2.28 mg g^-1之间,仅有对照的38.2%~50.5%。与对照相比,黄绿叶突变体的有效穗和株高显著下降,而主穗长、一次枝梗数、主穗实粒数、结实率、千粒重则无明显差异。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因控制,命名为YGL4。利用微卫星标记将YGL4定位于第10染色体微卫星标记RM3123和RM590之间,分别距其7.6 cM和7.8 cM。在两标记间进一步设计SSR引物,将该黄绿叶基因定位于RM1162和RM7093之间,分别距其1.8 cM和4.0 cM。为该YGL4基因的分子标记辅助选择育种和图位克隆奠定了基础。     

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。     

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。     

水稻叶片灰白转黄突变体pyr1的鉴定与基因定位

鉴定和克隆叶色突变基因对于深入了解叶绿素合成、降解途径的关系以及植物的光合作用有着重要的作用。从EMS诱变恢复系缙恢10号后代中鉴定出1个灰白转黄突变体pyr1,该突变体在苗期部分死亡,整张叶片呈现灰白色,在不同的生育时期叶片呈现不同的颜色,直到孕穗期叶片上部和叶缘表现黄色。苗期到抽穗期突变体叶绿素含量比野生型显著或极显著降低。透射电镜观察表明,突变体与野生型细胞结构无明显差异,但叶绿体发育异常,内部大量降解,基质片层退化。遗传分析表明该性状受1对隐性基因控制,利用326株F₂隐性定位群体将PYR1基因定位在第1染色体长臂上,位于标记RM11722和Ind1之间,物理距离约92 kb,本研究为PYR1基因的图位克隆奠定了基础。     

水稻白穗突变体wp4的鉴定与基因精细定位

水稻开花灌浆期,内外颖呈绿色,含光合色素,为阐释非叶片组织叶绿体发育的分子机制,本文对EMS诱变获得的新型白穗突变体wp4进行了研究。抽穗灌浆期,wp4的穗轴呈绿色,内外颖呈乳白色;内外颖叶绿体发育不健全,无类囊体结构,叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量极显著降低。此外,wp4全生育期叶片呈淡黄色,叶绿体内基质片层较少且排列松散;与野生型相比,wp4的叶绿素a含量显著降低,叶绿素b和类胡萝卜素含量虽略低,但差异未达到显著水平。农艺性状分析发现,与野生型相比,wp4的有效穗和结实率略有增加,其他性状则略有降低,但变化均未达到显著差异水平。遗传分析表明wp4受一对隐性核基因调控,利用1200株西农1A/wp4的F2隐性群体,最终将WP4精细定位在第8染色体约79 kb的物理范围内,根据水稻基因组注释计划,该区间包含14个基因,这为WP4的功能和作用机制研究奠定了基础,也为水稻标记性状育种提供了新的资源。     

水稻窄叶突变体nal7(t)的遗传分析与基因定位

本研究以恢复系缙恢10号为试验材料,经过EMS诱变,对水稻叶突变进行了研究。结果表明,群体中发现一个窄叶突变体,表现为叶片变窄、节间变细、结实率降低等一系列突变表型。成熟期的功能叶片宽度为野生型的74.69%,倒一、二、三节的宽度分别为野生型的45.10%、57.38%、74.63%,总叶脉数为野生型的67.36%。遗传分析表明该突变性状受一对隐性核基因控制,利用SSR标记将其定位在第3染色体长臂RM14379和RM14427之间,遗传距离分别为2.1cM和3.0cM。因与nal7位于相同的染色体区段,暂命名为nal7(t)。     

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。     

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)。