一个水稻黄绿叶突变体ygl10的遗传分析和基因定位

以籼稻93-11为背景的水稻突变体中发现一个黄绿叶突变体(yellow-green leaf,ygl10)。形态分析表明,与野生型93-11相比,ygl10突变体株高、穗长降低,结实率下降。叶绿素含量测定表明,ygl10突变体中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均极显著降低,其中叶绿素b降幅最大,只有野生型的2%。叶绿体超微结构观察表明,突变体中类囊体和基粒片层数量明显减少。遗传分析结果表明,该黄绿叶突变体由一隐性核基因控制。进一步利用分子标记将ygl10定位在水稻第10染色体约380kb的区段内。对该区段内存在的ORF进行序列分析,发现编码叶绿素a氧化酶(chlorophyll a oxygenase)基因(OsCAO1)的第9个外显子存在5个碱基缺失,从而导致提前出现终止密码子,推测CAO1即为ygl10的候选基因。     

一个新的水稻叶绿素缺失突变基因的遗传分析和分子标记定位

从正常绿色水稻品种824B中发现1个黄化突变体824ys。该突变体具有叶绿素缺失突变特性,表现为植株黄绿色,分蘖数减少,生育期延长,总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b的含量以及净光合速率比野生型亲本824B明显下降,每穗着粒数、结实率、千粒重等降低。对824ys与3个正常绿色品种杂交F1、F2的遗传分析表明,控制824ys的叶绿素缺失突变性状为1对隐性核基因。以495R/824ys F2作为定位群体,应用微卫星标记将824ys的叶绿素缺失突变基因定位于水稻第3染色体短臂,与RM218、RM282和RM6959等标记之间的遗传距离分别为25.6、 5.2和21.8 cM。认为该基因为一个新的水稻叶绿素缺失突变基因,暂命名为chl11(t)。     

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。     

水稻黄绿叶突变体w390的遗传分析和基因定位

通过60 Co-γ辐射诱变籼稻中恢8015获得了一个在全生育期叶片均呈黄绿色的突变体w390。与野生型相比,突变体中检测不到叶绿素b的存在,且叶绿素a和类胡萝卜素的含量分别降低了50.6%和44.8%;主要农艺性状调查结果显示,突变体的株高、单株有效穗数、每穗总粒数、每穗实粒数较野生型分别降低了12.0%、22.3%、18.5%和27.6%;透射电镜结果显示:突变体的类囊体数量明显减少,基粒垛叠方向异常;遗传分析表明该突变性状受一对隐性核基因控制。利用突变体与粳稻日本晴杂交构建的F2群体,将突变基因定位至水稻第10染色体长臂约71.8kb的区域内。对该区间包含的15个ORFs进行序列分析,发现突变体中编码叶绿素酸酯氧化酶1(chlorophyllide a oxygenase 1)的基因OsCAO1的第8外显子发生了两个单碱基突变,导致第394和396位的亮氨酸和甘氨酸分别突变为组氨酸和谷氨酸,推测该突变基因是一个OsCAO1功能丧失的新等位基因。     

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。     

一个水稻“斑马叶”叶色突变体基因zebraleaf2(zl2)的图位克隆

 从粳稻品种Asominori组培后代中获得一个稳定遗传的黄绿相间叶色突变体（zebra leaf 2, zl2）。该突变体在苗期表现为黄绿相间的斑马状,分蘖后期斑马叶性状逐渐减弱,到抽穗期叶片逐渐变为淡黄色。与野生型相比,zl2 在3叶期、分蘖盛期、抽穗期及成熟期叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量显著降低,成熟后其结实率、千粒重、株高也显著下降。电镜观察结果显示,苗期zl2叶片黄色部分叶肉细胞中叶绿体显微结构发生了明显的异常,而绿色部分与野生型基本一致。遗传分析结果表明,zl2突变性状受一对隐性核基因控制。从zl2与籼稻品种南京11衍生的F2群体中挑选1607株表现为突变性状的分离单株,最终将该突变基因定位于第11染色体约164.3 kb的区域内。基因预测表明该区域内存在13个ORFs,其中ORF12编码一个类胡萝卜素异构酶,序列分析表明突变体中的该基因第10个内含子与第11外显子的交界处碱基A突变为T,导致cDNA发生错误剪切,缺失4个碱基,产生移码突变,并于第395个氨基酸处提前终止。RT PCR分析表明,相对野生型在突变体中ZL2的表达量显著下降,同时叶色相关基因PORA、RbcL、RbcS、 Cab1、Cab2、 psaA、psbA、OsDVR表达量也显著下降,而HEMA1、YGL1、V1、V2、SPP、OsPPR的表达量显著上升。结果表明ZL2在水稻叶绿素合成及叶绿体发育中起着重要作用。     

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。     

大豆黄绿叶突变体NJ9903-5性状表现与基因定位研究

叶色突变体既可用于作物叶绿素合成、降解和光合作用等研究,也可作为标记基因为作物育种利用。本文对一个新发现的大豆黄绿叶自发突变体NJ9903-5进行遗传鉴定。结果表明:从对生真叶开始,该突变体幼嫩叶呈黄色,随着生长叶片逐渐转变为绿色。黄化叶片叶绿体数目下降,基质片层减少且排列疏松,叶绿素a、b、类胡萝卜素含量都极显著下降;其对株高、主茎节数、单株粒数、单株荚数有负效应,但对百粒重、蛋白质含量、油脂含量影响小,杂交后代中上述性状变异大。3个杂交群体遗传分析表明该性状受一对隐性核基因控制,利用F2隐性个体将目标基因ygl定位在SSR标记BARCSOYSSR_02_1445和BARCSOYSSR_02_1477之间约366 kb区段,包含36个候选基因。测序分析发现在突变体中,叶绿体膜转运蛋白相关基因Glyma.02G233700第1个外显子第38个碱基G缺失,移码突变导致蛋白翻译提前终止,结合前人研究结果,推测其为黄绿叶的目的基因ygl。     

水稻叶色突变基因研究进展

利用叶色标记是保证作物杂交种子纯度的一条有效途径,同时在高等植物的叶绿体合成、结构、功能、遗传、分化与发育及光合色素合成等基础研究中具有重要价值。水稻中已报道了至少163个叶色突变体,主要表现为白化、黄化、温敏变色、亮绿、常绿、条斑条纹、转绿和紫色等,定位到染色体的基因有134个,定位到具体分子标记之间的基因有124个,这些突变基因分布在水稻的12条染色体上。已成功克隆了叶色相关基因35个(其中2个基因有等位基因),OsCAO1、OsCAO2、OsCHLH、OsCHLD(等位基因YGL98)、OsCHLI、OsDVR、YGL1、VYL、CBL、ITC等参与编码叶绿素合成,NYC1、NOL、NYC3和SGR参与叶绿素的降解过程,OsCHR4、V1、V2、OsClpP5、NTRC、OsHAP3A、OsHAP3B、OsHAP3C和OsGluRS等参与叶绿体发育调控,OsPDS、OsZDS、OsCRTISO和β-OsLCY等参与类胡萝卜素生物代谢途径,PL、Z2分别参与花青素和番茄红素的生物合成,V3、ST1(等位基因GWS)、OsROPGEF10、ETL1、ETL2和OsDOS等通过其它途径影响水稻叶色变化。     

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。     

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。     

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.     

弹性漆改善软木地板漆膜性能的研究

为了探明水稻营养生长阶段的衰老机制,鉴定了一个在抽穗期前多数叶片逐渐死亡的黄色水稻突变体。黄色衰老突变体表型特征为在分蘖期后,其绿色叶片基部随机出现斑点,并逐渐扩散至整个叶片。与之相反,野生型叶片在整个分蘖期均保持绿色。超微结构分析发现,水稻突变体叶片叶绿体类囊体膜和其他细胞器结构在不同衰老时期破裂,严重时导致细胞质皱缩。在叶片衰老过程中,突变体叶片光合活性、叶绿素含量和抗氧化酶活性发生不可逆转的下降。     

水稻黄绿叶突变体djyg的遗传分析与基因定位

在粳稻品种Dongjin大田种植过程中,发现一个黄绿叶自然突变体,命名为djyg。该突变体在苗期表现明显的黄绿叶表型,抽穗以后,叶色逐渐恢复正常。叶绿素含量测定结果表明,在苗期、分蘖盛期及抽穗期叶绿素b的含量分别下降53%、62%、36%。电镜结果表明,分蘖期突变体中基粒、类囊体垛堆凌乱、排列疏松,类囊体基质较为稀薄。qRT-PCR结果证实,PORA、Cab1R、PsbA的表达量在突变体中均较野生型明显下调。遗传分析结果表明,黄绿叶突变体djyg由一对隐性主效核基因控制,图位克隆确定该候选基因为编码叶绿素合成酶基因YGL1的一个新等位基因。该突变体未影响植株的主要农艺性状,可作为一个理想的表型标记应用于杂交稻育种工作中。     

Genetic Analysis and Molecular Mapping of Novel White Striped Leaf Mutant Gene in Rice

A new white striped leaf mutant wsl1 was discovered from Nipponbare mutated by ethyl methanesulfonate. The mutant showed white striped leaves at the seedling stage and the leaves gradually turned green after the tillering stage. The chlorophyll content of wsl1 was significantly lower than that of wild-type during the fourth leaf stage, tillering stage and booting stage. The numbers of chloroplast, grana and grana lamella were reduced and the thylakoids were degenerated in wsl1 compared with wild type. Genetic analysis showed that the wsl1 was controlled by a single recessive gene. Molecular mapping of the wsl1 was performed using an F₂ population derived from wsl1/Nanjing 11. The wsl1 was finally mapped on the telomere region of chromosome 9 and positioned between simple sequence repeat markers RM23742 and RM23759 which are separated by approximately 486.5 kb. The results may facilitate map-based cloning of wsl1 and understanding of the molecular mechanism of the regulation of leaf-color by WSL1 in rice.