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。     

一个水稻白化突变体的农艺性状分析及基因定位

田间获得一叶片白化且能稳定遗传的突变体材料gp50,其苗期及分蘖前期均有不同程度白化叶片的出现,抽穗至灌浆成熟期,颖壳由白黄绿条纹逐渐转为褐色;通过对野生型与突变体相关农艺性状的拷种数据分析,突变体的单株穗数、千粒重和单株产量明显低于野生型,分别减少了50%、9.5%和17.82%,说明叶色的变化对突变体的主要农艺性状产生了显著的影响;以正常叶色材料宁粳44和白化突变体gp50为父母本配置正反交组合,获得F1及F1自交获得F2群体对该白化基因进行遗传学分析,结果表明,该白化性状受一对细胞核隐性基因控制;初步利用420对SSR引物对亲本和F2白化单株进行多态性检测和连锁分析,将该白化基因初步定位在水稻第3号染色体上,暂命名为alsm-6,位于连锁标记Rm2453和Rm5172之间,遗传距离分别为9.2 cm和15.7 cm,为进一步对该基因进行精细定位和功能分析奠定了基础。     

水稻白化转绿基因Gra3的精细定位及遗传分析

本研究鉴定到一份水稻苗期白化转绿突变体,该突变体在幼苗的2叶到4叶期会出现叶片边缘白化,4叶期后转绿,对突变体和野生型农艺性状比较研究表明,前期白化不会对植株生长发育及产量等相关性状产生影响;同时,对两者叶绿体超微结构对比分析发现,突变体叶绿体发育在白化期受到一定程度的抑制。通过构建F2分离群体,调查了部分F2单株表型,结果表明白化型和野生型单株符合1:3的孟德尔单基因分离比,遂将该基因命名为Gra3;利用分离群体分析法(bulked segregant analysis,BSA)和隐性群体分析法(recessive-class analysis,RCA)最终将Gra3定位于RM14436和RM14450之间,对应日本晴基因组片段125 kb。该性状可作为一个形态学标记应用于水稻生产。     

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。     

水稻叶色白化转绿及多分蘖矮秆突变体hfa-1的基因表达谱分析

hfa-1的白化转绿、多分蘖矮秆表型受单隐性核基因hw-1(t)控制。该基因编码含线粒体交替氧化酶AOX结构的叶绿体蛋白,通过参与叶绿体呼吸电子传递链,对类胡萝卜素生物合成途经及其次生代谢途径进行调控。本研究对hfa-1突变体叶色白化转绿过程中的类胡萝卜素生物合成途径、与该途径有关的植物激素代谢途径的相关基因进行表达分析,并分析了hfa-1突变体在白化、转绿两个时期的基因表达谱。结果表明,类胡萝卜素、植物激素(GA、ABA和SL)生物合成相关基因在hfa-1突变体白化期叶片中表达量减低,暗示hw-1(t)基因的突变抑制了苗期类胡萝卜素合成,同时还对涉及该过程相关多个次生代谢途径产生影响。通过基因表达谱芯片和功能分类分析,发现hfa-1叶色白化转绿过程中上调和下调表达基因涉及的生理过程主要在光合作用、应对内源刺激物和胁迫响应等方面;其中电子传递体Cytb6/f复合蛋白合成相关基因上调表达明显,推测Cytb6/f蛋白复合体在电子传递和质醌库还原氧化上对hw-1(t)起一定的补偿功能。     

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。     

荔枝(Litchi chinensis Sonn.)叶片白化变异体遗传和转录组分析

为了解荔枝叶片白化变异体遗传特点,本研究以白化变异体比例较高的‘玉谭蜜荔’白化变异体苗与正常苗为试验材料,测定叶片叶绿素含量,并观测叶绿体结构差异,最后通过高通量测序技术对苗期叶片进行转录组测序分析。结果表明:‘玉谭蜜荔’种子实生苗中白化变异体的比例约为8.59%;白化苗叶片色素含量极低,仅为正常苗的0.519%;叶绿体的结构松散,基粒片层结构较少或缺失。对高通量测序数据进行组装和注释,共获得Unigene 42 782条,平均长度987 bp,比对到Nr、KOG、KEGG、Swiss-prot四大数据库中,超过64%的Unigene序列获得注释,差异分析表明在细胞色素合成、光系统亚基合成蛋白、采光复合物a/b结合蛋白相关序列表达显著下调。本研究为该变异体的基因定位鉴定提供了一定的遗传基因注释信息。     

小麦三雌蕊品系UCR–14KD基因cDNA序列克隆及表达分析

小麦UCR-14KD基因是呼吸链中众多重要基因之一,其表达量影响小麦呼吸速率和能量代谢,进而对小麦雌蕊和雄蕊的发育起着重要的调控作用。为进一步了解小麦UCR-14KD基因的结构特点及其在小麦三雌蕊突变体(TP)形成的分子机制中所发挥的作用,本文利用RT-PCR技术从三雌蕊突变体近等基因系CSTP幼穗中克隆了TPUCR-14KD基因完整的编码区序列,并将其转入大肠杆菌进行了诱导表达,对其cDNA及推导的氨基酸序列进行分析,结果显示：该基因编码区长381bp, 编码126个氨基酸,二级结构为α螺旋和无规卷曲,通过实时定量PCR检测,显示该基因在CSTP幼穗中大量表达,而在幼穗不同发育阶段的表达量为：幼穗长度2-5mm﹥5-7mm﹥7-10mm,并且显著高于该基因在CS幼穗对应阶段的表达量。这表明TPUCR-14KD基因可能在三粒小麦形成的过程中,尤其是在其雌蕊原基分化发育初期起到了重要作用。本研究结果对于进一步明确TPUCR-14KD基因的结构和功能,尤其是TPUCR-14KD在小麦三雌蕊形态构建中的作用奠定了基础。     

小麦叶绿素缺失突变体Mt135的叶绿体基因差异表达分析

小麦叶绿素缺失突变体Mt135自交后代稳定表现绿株、条纹株和白化株3种类型, 其中条纹株白色组织和白化株的叶绿体数目和结构发生突变, 完全失去光合能力。为研究该突变体叶绿体基因表达与光合作用的关系, 采用实时荧光定量PCR技术, 分析了白化株和条纹株的叶绿体基因表达。在白化株中共检测到40个差异表达基因, 涉及4类功能(编码光反应相关蛋白、编码叶绿体内能量代谢相关酶、核糖体合成和tRNA合成), 包括18个上调表达和22个下调表达基因;在条纹株中共检测到13个上调表达基因, 其表达变化趋势与在白化株中一致。白化株的差异表达基因中, 编码光系统II、I结构蛋白的psb、psa及ycf等基因家族的基因表达量显著下调;多个编码核糖体蛋白大、小亚基的基因表达量改变, 尤其是核糖体蛋白小亚基编码基因rps14和23S rRNA的编码基因23S rDNA表达量显著下调。推测Mt135突变性状与参与光反应相关蛋白的编码基因、叶绿体内能量代谢相关酶的编码基因、核糖体合成相关基因以及tRNA合成相关基因表达量的改变密切相关。     

水稻白化突变体遗传机理与发掘利用研究进展

在自然界中存在大量的叶色突变体,对叶色突变体的研究可以探索叶绿体发育进程、光合色素代谢及核质互作信号通路等。随着分子生物学的发展,越来越多的水稻叶色突变基因被挖掘利用。本研究从水稻白化突变体类型、产生原因及作用机理等方面进行论述,并介绍了白化突变体在水稻杂交育种及基础研究中的应用价值,为深入发掘利用水稻白化突变基因提供一些建议。