水稻白条纹突变体st13的表型分析及基因定位

【目的】叶色突变相关基因鉴定和克隆有助于研究光合作用,补充并完善叶绿体发育机理和色素合成代谢途径,为开展水稻的高光效育种提供理论依据。【方法】从粳稻品种Dongjin的组培后代中分离出一个白条纹突变体st13,成熟期测定野生型和st13的主要农艺性状,苗期测定色素含量并观察叶绿体的超微结构;将st13和Dongjin进行正反交,观察F_1植株表型,并对F_2表型分离进行卡方检验,对st13进行遗传分析;利用st13×南京11(籼稻品种)的F_2和F_(2:3)群体,对st13突变基因定位;采用qPCR分析叶绿体发育和叶绿素合成相关基因在st13与野生型相对表达量。【结果】与野生型Dongjin相比,该突变体的株高、单株有效穗数、穗长、结实率和千粒重等主要农艺性状显著下降。苗期的色素含量降低,分蘖期无差异。突变体的叶绿体中既有含丰富的类囊体膜结构的正常叶绿体,也存在无类囊体结构的叶绿体。遗传分析和基因定位结果表明,st13的突变表型受1对隐性核基因控制,突变基因位于第3条染色体长臂InDel(Insertion-Deletion)标记I3-21和I3-22之间。进一步在这两个标记之间设计了6对InDel标记,最终将基因定位在94kb区间内,此区间共有8个候选基因。【结论】这8个候选基因中,有5个假定的蛋白,其他三个都是有功能注释的蛋白,而这三个蛋白在水稻中均未见报道,因此,st13突变是由一个新的叶色基因突变引起的;同时st13中叶绿体发育、叶绿素合成和光合系统相关基因的表达也发生了显著改变,推测ST13可能是调控叶绿体发育的关键基因。     

水稻斑马叶突变体zl7的鉴定与基因的精细定位

【目的】斑马叶突变体作为水稻叶色突变体的重要种质资源，是研究植物光合作用机制和高光效育种的理想材料，对于解析光合作用机理和提高水稻产量具有重要意义。【方法】用甲基磺酸乙酯（EMS）诱变粳稻品种春江06建立突变体库，从突变体库中筛选到1份苗期为斑马叶的突变体，该突变体被命名为zl7(zebra leaf7)。在常规大田种植条件下分别比较突变体与野生型在苗期、抽穗期和成熟期叶色表型和产量性状差异，通过透射电镜实验分析叶片叶绿体发育情况，利用图位克隆方法克隆候选基因，利用荧光定量PCR方法分析参与叶绿素合成和叶绿体发育相关基因的表达水平。【结果】从苗期开始，突变体zl7表现出典型的斑马叶，叶绿素含量降低，直到抽穗期，斑马叶表型消失，叶片逐渐复绿，叶绿素含量无明显差异。光合速率测定和电镜观察结果显示，突变体zl7的光合速率、气孔导度下降，叶绿体发育异常。与野生型相比，突变体的株高、分蘖、穗长、一次枝梗、二次枝梗和每穗粒数均显著降低，而粒长、粒宽和千粒重均略有增加。荧光定量PCR结果表明突变体中参与叶绿素降解相关基因的表达量显著升高，而参与叶绿素合成和叶绿体发育相关基因的表达量显著降低。遗传分析...     

水稻淡绿叶基因PGL11的鉴定与精细定位

【目的】叶片是水稻进行光合作用的主要场所,叶片颜色的变化与水稻的生长发育直接相关。发掘水稻叶色突变体,是水稻功能基因组学研究的重要遗传基础。【方法】利用EMS诱变日本晴获得一个能稳定遗传的淡绿叶突变体,暂命名为pgl11(pale green leaf 11)。在不同生育期测定野生型与突变体的叶绿素含量。在苗期,取野生型与突变体叶片进行叶绿体结构的透射电镜观察。在分蘖期,测定野生型与突变体的光合参数并观察气孔结构。在成熟期,测定野生型和pgl11的主要农艺性状。以pgl11为母本,南京6号为父本构建相应的F2群体,采用图位克隆的方法,对该基因进行定位。【结果】从苗期开始,突变体pgl11的每一片新叶均表现为淡绿色,叶绿素含量显著降低,叶绿体发育异常。随着叶片的生长,叶色由淡绿逐渐转绿,至抽穗期时叶绿素含量亦无明显差异。pgl11还表现光合速率、气孔导度明显下降,胞间CO_2浓度上升。扫描电镜观察发现,突变体pgl11的气孔发育异常。与野生型相比,突变体的农艺性状如株高、剑叶宽、二次枝梗数、每穗粒数、粒长、粒宽、千粒重以及结实率等均显著降低。对叶绿素合成、光合作用以及质体发育相关基因的表达量测定表明,突变体pgl11中参与叶绿体转录和翻译相关基因的表达量显著升高,而叶绿素合成和光合作用相关基因的表达量显著下降。遗传分析表明,该突变表型受一对隐性核基因控制。通过图位克隆的方法将该基因定位于第1染色体上的C6和C8标记之间,物理距离约为110 kb。【结论】该定位区间内未见有叶色相关基因报道,推测PGL11基因可能是一个新的水稻叶色基因。     

叶色白化水稻突变体转绿中若干生理与叶绿体发育特型的研究

以水稻白化转绿型叶色突变体及其野生型亲本为材料,研究突变体转绿过程中叶片相关生理特性及其叶绿体发育超微结构变化.研究结果表明:突变体随着叶色转绿,叶片叶绿素、可溶性蛋白含量增加、超氧化物歧化酶(SOD)活性降低,突变体叶色在完全转绿后,SOD活性电泳中出现了清晰的Fe-SOD谱带;突变体在2叶1心期,叶肉细胞内都是囊状空泡,没有叶绿体,而野生型亲本叶肉细胞内已具有大量叶绿体存在;突变体6叶1心期,叶肉内可以观察到叶绿体的存在,但叶绿体形态不规则或畸形;野生型亲本叶绿体可以直接由前质体正常发育而来,而突变体的叶绿体发育经历了“前质体-白色体-叶绿体”的过程,其叶绿体发育明显滞后.     

水稻条纹叶和白穗基因SLWP的定位及变异分析

【目的】对叶绿体发育相关基因进行克隆和功能分析,为解析叶绿体功能奠定分子基础。【方法】用甲基磺酸乙酯(EMS)处理籼稻9311获得一个条纹叶和白穗突变体slwp,通过色素分析和农艺性状观察分析该突变体的表型,通过图位克隆方法分离该基因,进一步利用定量PCR分析相关基因的表达情况。【结果】突变体slwp从2叶期开始至抽穗期表现出条纹叶表型,抽穗后幼穗白化,光合色素含量明显低于野生型;株高降低、抽穗延迟、产量降低等表型。该突变性状为单隐性核基因控制,该基因定位于水稻第6染色体短臂C6-4和N14标记之间0.91 Mb区间内。基因组测序表明核糖核苷二磷酸还原酶小亚基基因(RNRS1)编码区第776位点发生单碱基替换,导致甘氨酸突变为天冬氨酸;该基因与已报导的水稻基因St1、Gws和St-wp为等位基因。通过对这4个等位基因的突变位点和表型进行分析,总结了该基因不同位点突变对植株表型的影响以及籼粳之间的差异。表达分析显示与叶绿素合成有关的基因受到不同程度调控,叶绿体发育第一和第二阶段基因上调表达,光合作用相关基因均下调表达。【结论】本研究分析了SLWP(RNRS1)基因不同位点的变异对水稻表型的影响,相关结果加深了对RNRS1基因功能的认识,有助于阐明叶绿体发育的分子机制。     

水稻温敏转绿突变体osv15的鉴定和遗传分析

【目的】本研究旨在鉴定和克隆水稻温敏转绿新基因,揭示其参与叶绿体发生发育和光合作用的分子机制,为高光效育种提供理论支撑。【方法】利用辐射诱变的方法,从粳稻品种日本晴中筛选获得叶片黄化突变体osv15,并对其表型、农艺性状和遗传方式进行详细分析。构建了突变体与Kasalath的F₂群体,利用多态性分子标记对目的基因进行定位和测序分析。【结果】osv15幼苗期在22℃低温下叶片黄化,叶绿素含量仅为野生型的10%,光化学效率下降,叶绿体结构异常;随着温度的升高,osv15的叶色由黄转绿,30℃时叶绿素含量恢复到野生型的68%,光化学效率和叶绿体发育与野生型相近。在自然环境下,osv15突变体从苗期至成熟期均表现为叶片黄化,且株高、分蘖数和产量等农艺性状与野生型相比差异显著。遗传分析表明osv15突变体的表型由一对隐性核基因控制。将OsV15基因定位到第6染色体多态性标记S4和S5之间84 kb的区间内,定位区间测序发现突变体中编码分子伴侣蛋白的基因Cpn60β1(LOC_Os06g02380)发生单碱基缺失。【结论】osv15是一个新的水稻温敏转绿突变体,Cpn60β1可能为突变基因。     

水稻叶片内卷突变体rl(t)的鉴定与基因定位

【目的】叶片是水稻理想株型的重要内容,叶片适度卷曲可以提高光合效率。对卷叶相关基因进行遗传分析和初步定位,为下一步的基因克隆与功能分析提供研究基础。【方法】利用EMS诱变雄性不育保持系宜香1B获得一份稳定遗传的叶片向内卷曲突变体,暂命名为rl(t)。在成熟期,测定野生型和rl(t)的主要农艺性状;在分蘖期,取野生型和rl(t)叶片用FAA固定液固定进行石蜡切片,同时,用野生型和rl(t)剑叶测定叶绿素含量;在抽穗期,利用Li-6400便携式光合仪测定10株抽穗期的野生型和rl(t)的光合参数;将rl(t)与野生型及日本晴杂交,观察F_1植株表型,对F_2表型分离进行χ~2测验,对突变体进行遗传分析。以rl(t)/日本晴的F_2群体为材料,利用BSA法进行定位。【结果】与野生型相比,突变体叶片向内卷曲明显,叶片更加直立,叶色变深,其他主要农艺性状均有不同程度降低。光合特性分析表明,突变体比野生型具有更高的光合色素含量,但光合效率没有明显差异。叶片组织切片观察表明,突变体中泡状细胞变小可能是导致叶片卷曲的主要原因。遗传分析表明,该突变体受一对隐性核基因控制,利用突变体与日本晴的F_2群体进行基因定位,最终将该基因定位在第7染色体长臂InDel标记Ind3和Ind4间610 kb的物理区间。【结论】rl(t)叶片内卷是由于近轴面泡状细胞面积减小。RL(t)定位区间内未见卷叶相关基因报道,推测RL(t)可能是一对新基因。     

一个水稻新型叶色突变体的形态结构与遗传定位

 所用水稻叶色突变体为自然突变,并命名为白淮稻7号,其叶色表型为绿 白 绿,且突变表型只有在移栽等因素引起的机械损伤信号胁迫下才会产生。研究结果表明,叶色转白前,突变体生长态势、叶色、叶绿素a含量和叶绿体超显微结构与野生型差异不大;叶色转白后,突变体总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量都显著低于野生型和叶色转白前,而叶绿体中的类囊体逐渐降解,基粒片层减少、基粒数量明显减少,且在成熟后突变体叶色黄化、植株变矮小。遗传分析表明,突变性状由1对隐性核基因控制。以该突变体与江西1587的F2群体为定位群体,将突变基因定位于水稻第11染色体分子标记L59.2 7和L64.8 11之间大约740.5 kb的区间内。认为该突变基因是一个新的水稻叶色突变基因,暂命名为GWGL。     

水稻苗期低温白叶突变体cde2的鉴定和基因定位

从粳稻品种Asominori的组培后代中发现了一个温度敏感的叶绿素缺乏突变体。低温(23℃)条件下该突变体幼苗3叶期前表现为白化表型随后致死,但在正常温度条件下与野生型无明显差异(30℃)。与野生型相比,该突变体幼苗低温条件下叶绿素含量明显下降,叶绿体结构发育异常。遗传分析结果表明,该突变体受一对隐性核基因控制,定名为cde2(chlorophyll deficient 2)基因。从cde2与籼稻品种培矮64衍生的F2群体中挑选1064株表现为突变表型的单株进行基因定位,将该基因初步定位于水稻第1染色体的着丝粒附近,随后利用已有的SSR标记和自行开发的Indel标记,进一步将该基因定位在标记RM11041和Indel1之间,物理距离为365.6kb。此外,对该突变体叶绿素合成、光合作用以及质体转录/翻译系统相关基因的表达量测定表明,CDE2突变后增加了与叶绿素合成和质体转录/翻译相关基因的表达,但降低了光合作用相关基因的表达。结果表明,CDE2在水稻叶绿素合成以及叶绿体的发育过程中起着重要的作用。     

水稻黄叶早衰突变体osyes1的生理特性和基因定位

【目的】叶片是水稻进行光合作用最重要的器官。叶色突变体是研究光合作用、叶绿素合成代谢和叶绿体发育的重要材料。【方法】利用⁶⁰Co辐射诱变中籼恢复系自选1号,获得黄叶早衰突变体osyes1。幼苗期对突变体和野生型进行外源H₂O₂处理。抽穗期对突变体和野生型叶片进行超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、活性氧含量、丙二醛含量、可溶性蛋白含量、叶绿素含量、净光合速率测定以及透射电镜观察。成熟期考查突变体和野生型的主要农艺性状。以osyes1/02428的F₂群体中的隐性单株为作图群体,利用图位克隆方法定位OsYES1基因。【结果】osyes1的突变性状始于3~4叶期,水稻抽穗后,所有叶片均表现为黄叶衰老症状,致使突变体株高、穗长、每穗粒数及结实率极显著低于野生型对照。与野生型对照相比,突变体幼苗对外源H₂O₂更敏感。生理分析表明,孕穗期野生型倒3叶的叶绿素含量、过氧化物酶和过氧化氢酶活性极显著低于倒2叶和剑叶,而突变体的含量则极显著低于野生型且依次极显著降低;与野生型相比,突变体剑叶、倒2叶和倒3叶的丙二醛、H₂O₂和O₂^-含量极显著增加,而可溶性蛋白含量则相反。遗传分析表明,osyes1受一对隐性核基因控制,利用图位克隆技术将OsYES1基因定位于第7染色体短臂的RM21353与RM21384之间,物理距离为708 kb。【结论】由于osyes1叶片过早黄化衰老导致与产量相关的重要农艺性状显著下降。OsYES1基因定位在第7染色体两个SSR标记(RM21353和RM21384)之间的708 kb的物理区间内。     

Physiological Characters and Gene Mapping of a Yellow Leaf and Early-senescence Mutant osyes1 in Rice

【Objective】Leaf is a main photosynthetic organ and its color mutants of rice are ideal materials for the study of photosynthesis, chlorophyll biosynthesis and metabolism, and chloroplast development in plants. 【Method】The mutant osyes1 (Oryza sativa yellow-leaf and early senescence 1) was obtained through 60Co γ-radiation treatment of indica cultivar Zixuan 1. The seedlings of osyes1 and its wild type were treated with exogenous H2O2. The SOD and CAT activities, ROS level, MDA content, soluble protein contents, chlorophyll contents, the net photosynthetic rate and chloroplast ultrastructure were analyzed for osyes1 and its wild type leaves at heading stage. The main agronomic traits of osyes1 and its wild type plants were analyzed under field conditions at maturation stage in Hangzhou. The recessive individuals in F2 population derived from osyes1/02428 were used to locate the gene by the map cloning method.【Results】The yellow-leaf and early-senescence symptoms started at 3- or 4-leaf stage, and gradually spread to all of the leaves after heading. Due to the early-senescence of the leaves of the mutant osyes1, its major agronomic traits including plant height, panicle length, grain number per panicle and the seed setting rate were markedly reduced. Moreover, the mutant osyes1 exhibited hyper-sensitivity to exogenous H2O2. The physiological analysis indicated that the contents of chlorophyll and the activities POD and CAT in the third-top leaf was significantly lower than those in the flag leaf and the second-top leaf in wild-type (WT) plants, but all of them in the mutant plants were significantly lower than those in its WT. Compared with the WT plants, the contents of MDA, H2O2 and O2− followed a steady increasing trend in the flag, second-top and third-top leaves of the mutant, while their soluble protein levels were progressively dropping. Genetic analysis confirmed that osyes1 was controlled by a single recessive nuclear gene, which was mapped to a region of 708 kb flanked by two SSR markers (RM21353 and RM21384) on the short arm of chromosome 7. 【Conclusion】In this work, the main agricultural traits were significantly reduced in osyes1 for the yellow leaf and early senescence. OsYES1 was located in a 708 kb range between RM21353 and RM21384 by map-based cloning strategy.     

水稻白条纹叶及白穗突变体wlp6的鉴定与基因定位

目的 叶色突变体是研究水稻光合作用,叶绿素生物合成和遗传发育调控机理的重要材料。发掘水稻叶色突变体,是水稻功能基因组学研究的重要遗传基础。方法 在昌恢121中发现了一份白条纹叶及抽穗期白穗突变体,经过连续多代自交能稳定遗传,暂命名为wlp6(white striped leaf and white panicle 6)。在南昌分早、中和晚3季播种wlp6与野生型种子,考查了中稻与晚稻的部分农艺性状;测定3叶期、分蘖期、抽穗期叶片及颖壳的叶绿素含量;通过电镜观察抽穗期叶肉细胞发育情况。在光照培养箱中进行温光敏感实验;将wlp6与昌恢121及02428正反交,观察F₁植株表型,对F₂分离群体进行卡方测验,分析突变体遗传规律;以wlp6/02428衍生的F₂群体为材料,利用BSA法进行基因定位。结果 wlp6自第1片叶到成熟,叶片均呈白条纹,抽穗期颖壳及枝梗失绿,高温天气穗转绿。突变体株高、有效穗数和每穗粒数在早稻季和中稻季均显著低于野生型,晚稻季wlp6的结实率和千粒重也显著低降低。叶绿素含量测定表明,wlp6叶片叶绿素含量在不同生育期及不同季均显著低于野生型,早稻和晚稻季种植的wlp6颖壳叶绿素含量也比野生型低。电镜观察抽穗期的叶肉细胞发现,wlp6叶绿体数目减少,体积变小,没有分化出明显的片层结构。温光敏感实验表明,突变体对光照强弱钝感,叶色受温度和日照长短影响,随着温度升高和日照时间变长突变体叶绿素含量有上升趋势。遗传分析表明,该性状受隐性核基因控制,利用wlp6/02428得到的616个F₂单株将WLP6定位于第6染色体短臂InDel标记R-7与R-8间,物理距离137 kb,此区间预测了21个候选基因。经候选基因分析及测序发现,其中LOC_Os06g14620编码一个核糖核酸还原酶小亚基,编码区第142和158位碱基由T替换为C,第288位插入了碱基A,碱基的插入导致翻译提前终止,因此推测LOC_Os06g14620是WLP6的候选基因。结论 LOC_Os06g14620是已经克隆的白条纹叶基因St1的候选基因,推测WLP6与St1等位,但突变位点不同,且表型也有差异。     

Morphological Structure and Genetic Mapping of New Leaf-Color Mutant Gene in Rice (Oryza sativa)

Leaf-color mutations are a widely-observed class of mutations, playing an important role in the study of chlorophyll biosynthesis and plant chloroplast structure, function, genetics and development. A naturally-occurring leaf-color rice mutant, Baihuaidao 7, was analyzed. Mutant plants typically exhibited a green-white-green leaf-color progression, but this phenotype was only expressed in the presence of a stress signal induced by mechanical scarification such as transplantation. Prior to the appearance of white leaves, mutant plant growth, leaf color, chlorophyll content, and chloroplast ultrastructure appeared to be identical to those of the wild type. After the changeover to white leaf color, an examination of the mutated leaves revealed a decrease in total chlorophyll, chlorophyll a, chlorophyll b, and carotenoid content, a reduction in the number of chloroplast grana lamella and grana, and a gradual degradation of the thylakoid lamellas. At maturity, the mutant plant was etiolated and dwarfed compared with wild-type plants. Genetic analysis indicated that the leaf mutant character is controlled by a recessive nuclear gene. Genetic mapping of the mutant gene was performed using an F2 population derived from a Baihuaidao 7 × Jiangxi 1587 cross. The mutant gene was mapped to rice chromosome 11, positioned between InDel markers L59.2-7 and L64.8-11, which are separated by approximately 740.5 kb. The mutant gene is believed to be a new leaf-color mutant gene in rice, and is tentatively designated as gwgl.     

水稻白化转绿和穗顶端退化突变体vpa1的遗传分析和基因定位

目的 通过对水稻转绿和穗顶端退化等突变体的研究,可以鉴定更多与叶绿体发育和穗发育相关的基因。方法 在常规种植条件下比较突变体vpa1（virescent and panicle abortion 1)表型及主要农艺性状差异,利用分离群体分析和图位克隆法进行相关基因定位。结果 突变体vpa1表现苗期白化,并逐渐转绿恢复成正常叶色,抽穗后可明显观查到穗顶端退化表型。vpa1的主要农艺性状除了结实率以外,株高、穗长、每穗实粒数等均较野生型显著下降。遗传分析表明白化转绿和穗顶端退化表型受独立的两个隐性基因控制。控制白化转绿叶性状的Osv16定位于第3染色体RM3441和RM3029之间约125kb物理区间内,区间内未见白化转绿性状相关基因的报道。控制穗顶端退化性状的Ospaa10定位于第1染色体RM11157和RM5972之间,区间内物理距离约190kb,区间内未见穗顶端退化相关基因的报道。结论 Osv16和Ospaa10两个基因的突变导致vpa1的叶色和穗型同时出现变异,为白化转绿基因Osv16和穗顶端退化基因Ospaa10的克隆和功能研究打下了基础。