一个水稻低温移栽白条纹突变体wltt的鉴定和基因定位

【目的】叶色突变相关基因的鉴定与克隆为研究叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用等分子机制提供理论基础。【方法】从常规粳稻镇糯19杂交后代中分离出一个低温移栽后叶色转成白条纹的自然变异突变体,命名为wltt (white stripe leaf after transplanting at low temperature)。成熟期测定野生型和wltt的主要农艺性状,分别在苗期、移栽后15 d和同时期直播条件下测定新生叶片的色素含量并观察叶绿体的超微结构;将wltt和野生型正反交进行遗传分析;用wltt与籼稻9311杂交产生的F_2作为定位群体进行基因定位;采用RT-qPCR分析叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用相关基因在野生型和wltt中的表达水平。【结果】wltt突变体在苗期表现正常绿色,移栽15 d后心叶出现白条纹叶表型,至分蘖末期心叶叶色恢复;而不经移栽,突变体不会出现白条纹叶。人工模拟实验表明该表型是由低温条件下根损伤引起的。与野生型相比,wltt突变体移栽后的新生叶色素含量显著降低,光合速率下降;同时株高变矮,穗长、剑叶长和每穗粒数均显著降低。叶绿体的超微结构显示,突变体的叶肉细胞中,仅少数细胞含有正常的叶绿体,其余大部分叶肉细胞不含叶绿体。进一步研究发现,突变体中部分光合系统相关基因和叶绿体发育相关基因表达下调,叶绿素生物合成相关的14个基因表达也下调。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。利用wltt突变体/9311的F_2群体,将该基因定位于水稻第2染色体着丝粒附近853kb区间内。目前,该区间内没有叶色相关基因的报道。【结论】WLTT是低温条件下移栽调控叶片转色的关键基因,在叶绿体发育过程中发挥重要作用。     

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。     

水稻短根突变体ksr1的遗传分析和基因定位

 从甲基磺酸乙酯诱变的Kasalath突变体库中,在苗期筛选到一个水稻短根突变体 ksr1, 6 d苗龄时该突变体的根长只有野生型的20%左右,遗传分析表明该突变性状由一对隐性核基因控制。利用突变体与粳稻日本晴杂交发展的F2群体对突变基因进行了定位分析,初步定位结果显示目的基因 KSR1 与第4染色体上SSR标记RM1223连锁。在该标记附近进一步发展了8对SSR标记和2对InDel标记,将突变基因定位于InDel标记4 24725K和SSR标记RM17182之间,该区段物理距离为155 kb。     

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。     

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。     

水稻短根突变体ksr1的遗传分析和基因定位

从甲基磺酸乙酯诱变的Kasalath突变体库中,在苗期筛选到一个水稻短根突变体 ksr1,6 d苗龄时该突变体的根长只有野生型的20%左右,遗传分析表明该突变性状由一对隐性核基因控制.利用突变体与粳稻日本晴杂交发展的F2群体对突变基因进行了定位分析,初步定位结果显示目的基因 KSR1 与第4染色体上SSR标记RM1223连锁.在该标记附近进一步发展了8对SSR标记和2对InDel标记,将突变基因定位于InDel标记4-24725K和SSR标记RM17182之间,该区段物理距离为155 kb.     

水稻类病斑突变体lmm7的鉴定与基因定位

【目的】对水稻类病斑突变体的研究有助于解析其与植物生长和防御反应的关系。【方法】本研究在粳稻品系FI135胚培养过程中获得了1个类病斑突变体lmm7(lesion mimic mutant 7)。通过对其进行系统的表型鉴定、农艺性状考查、超微结构观察、生理学特性分析，阐明LMM7基因对植物生长的调控。通过病原菌抗性鉴定，明确lmm7对植物防御反应的影响。利用9311B与突变体lmm7杂交所得F₂群体对该突变体进行了遗传分析和基因精细定位。【结果】该突变体苗期表型正常，分蘖初期，植株基部叶片从叶尖开始不断出现褐色斑点，并向整株扩散，且斑点数目随植株生长不断增加。与野生型相比，突变体的株高、穗长、有效穗数、每穗粒数、结实率及剑叶长宽都显著降低，但籽粒性状和抽穗期没有显著性差异。遮光处理表明，突变体lmm7的表型受到光照诱导，抽穗期突变体lmm7叶肉细胞严重失绿，光合色素含量显著降低。组织化学分析表明，突变体病斑处的H₂O₂含量显著升高。透射电镜观察结果表明，突变体lmm7叶肉细胞的叶绿体数目减少，叶绿体类囊体片层结构严重受损，细胞器肿胀解体，并出现大量嗜锇小体，同时病斑内部和周围区域积累了大量的ROS。抗性鉴定结果显示突变体lmm7稻瘟病抗性水平显著高于野生型。遗传分析表明lmm7的突变表型受单个隐性基因控制。利用图位克隆的方法，目的基因被定位于水稻第7染色体短臂两InDel标记7B35和7B43之间，区间范围约260 kb。测序结果表明该区间内候选基因LOC_Os07g0203700第2891位碱基T发生了单碱基缺失，导致后续移码突变及翻译提前终止。【结论】lmm7与spl5互为等位基因，其突变抑制了植株的生长，同时增强了对稻瘟病的抗性。     

水稻裂颖突变体sh1的鉴定及基因定位

【目的】本研究旨在定位和克隆水稻裂颖基因,为解析水稻裂颖性的遗传机制提供依据。【方法】从籼稻品种湘早籼6号突变体库中筛选出一个裂颖突变体(split husk 1, sh1),观察突变体的花器官和浆片形态,利用突变体与02428的F_2群体定位目标基因,进一步通过定量PCR分析相关基因的表达情况。【结果】sh1突变体的颖花形态与野生型基本一致,能正常开花,但不能正常闭颖,裂颖的主要原因是浆片不能在开颖后正常萎蔫。sh1突变体的有效穗数增加,但结实率和千粒重显著下降;遗传分析表明,sh1的裂颖表型受一对隐性核基因控制。将SH1基因定位在ID19827与ID19884两个InDel标记之间,物理距离约为110 kb。定位区间测序发现,突变体中丙二烯氧化合酶编码基因OsAOS1发生单碱基突变,导致氨基酸发生改变;SH1基因的突变显著降低了花器官中的茉莉酸含量,进而影响了茉莉酸合成及信号转导相关基因的表达。【结论】SH1基因通过影响茉莉酸的合成和信号转导调控水稻闭颖,Os AOS1可能是SH1基因的候选基因。     

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。     

水稻窄叶突变体nal12的鉴定与基因精细定位

【目的】水稻叶片是理想株型的主要组成部分。筛选和鉴定新的叶形突变材料,可为研究叶发育调控机制和塑造叶片理想形态打下基础。【方法】由粳稻品种武运粳31经EMS(ethyl methane sulphonate)诱变获得窄叶突变体nal12(narrow leaf 12);通过表型测量分析剑叶至倒4叶的叶片长度、宽度、大脉数和小脉数,并进行组织切片和显微观察;将突变体nal12与籼稻品种台中本地1号(TN1)杂交,在F₂分离群体中选取了1709个具窄叶突变表型的单株,通过已有的SSR、STS和新开发的分子标记进行精细定位。【结果】nal12在幼苗期就表现出了窄叶性状,在成熟期植株较野生型矮小,分蘖增多,茎秆变细。经组织切片观察分析,nal12叶片变窄是由于大脉和小脉数量减少造成。遗传分析表明该窄叶表型受单一隐性核基因调控;最终将该基因定位在第10染色体上LC2-RF37与LC4R-RF39标记之间约64.7 kb的范围内。该区间内共有10个开放阅读框,其中并无已报道的窄叶相关基因。qRT-PCR结果表明,NAL12基因的突变会影响生长素合成与运输相关基因的表达。【结论】NAL12为一个新的叶形调控基因。这为进一步研究水稻叶片发育,丰富其分子调控网络打下了基础。     

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.     

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.     

控制水稻金黄色颖壳与节间基因OsCAD2的图位克隆

【目的】水稻色素不仅对其自身生长发育有重要生理作用,而且在水稻育种、农副产品改良等方面运用比较广泛。对水稻色素相关基因进行表型分析和基因定位,为进一步研究色素代谢途径及调控机理奠定基础。【方法】利用EMS诱变粳稻长粒粳(CLJ),在突变体库内筛选到一个金黄色颖壳与节间突变体gh881;在成熟期,测定野生型与gh881的主要农艺性状;将gh881与野生型及中恢8015杂交,观察BC1F1及F1植株表型,并对BC1F2及F2表型分离进行卡方检验,对gh881进行遗传分析;利用F2群体和图位克隆的方法对gh881突变基因进行定位;采用q PCR检测颖壳颜色相关基因在gh881与野生型不同发育时期的幼穗、节间以及剑叶叶鞘的相对表达量。【结果】与野生型相比,突变体的颖壳与节间均呈金黄色;除单株有效穗数外,gh881突变体的株高、每穗总粒数及实粒数、结实率和千粒重等性状均极显著降低。遗传分析和基因定位结果表明,gh881的突变表型受1对隐性核基因控制,位于第2染色体短臂,并最终将该基因精细定位于标记FH-13和RH-25之间,物理距离约33.2 kb,该区域中包含4个开放阅读框(ORFs)。【结论】序列分析结果表明,发现其中一个编码肉桂醇脱氢酶(CAD)的基因OsC AD2(Os02g0187800)的3 563 bp处发生了1个单碱基突变(G转换为A),导致该基因编码区的第297位氨基酸由甘氨酸突变为天冬氨酸,由此认为该突变体为OsC AD2基因单碱基突变的新等位基因。q RT-PCR结果表明,突变体的节间中OsCAD2相对表达量极显著下调,而在剑叶叶鞘及穗部则基本都是极显著增加,其他相关基因也发生显著变化,证实OsCAD2是木质素代谢中的重要基因,且可能与其他相关基因存在反馈调节。