水稻类病变突变体c5的遗传分析与目标基因的精细定位

水稻类病变突变体c5是由粳稻品种中花11种子经化学诱变剂EMS (甲基磺酸乙酯)诱变处理得到的。该突变体叶片在三叶期开始出现近似圆形褐色斑点,经DAB染色和台酚蓝染色显示这些斑点积累了过多的H₂O₂并引起程序性细胞死亡。与野生型相比,突变体c5的成熟期株高从110.4 cm减少到74.6 cm,有效分蘖数和每穗着粒数分别减少23.7%和28.5%,千粒重和结实率都显著降低,此外,c5还表现出对白叶枯病菌的广谱抗病性,对10个菲律宾生理小种都有强烈的抗性反应。遗传分析表明,c5的突变性状受单隐性核基因控制。利用c5和明恢86配组形成的包含6269个单株的F₂群体和18个分子标记,将c基因限定在水稻第5染色体长臂STS标记S41和S47之间大约102 kb的遗传距离内。序列分析发现该区间内其中有11个编码基因,且它们与现已报道的类病变基因都不同,暗示c5可能是一个新型类病变性状控制基因。     

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。     

水稻类病变突变体cdb的遗传分析与基因定位

水稻类病变突变体是解析植物细胞死亡和相关抗性机制的重要材料。本研究通过EMS诱变粳稻品种‘黎榆B’,获得了一个遗传稳定的类病变突变体cdb(Cell death like blast)。突变体从分蘖期开始在叶片上出现中间部位呈褐色、边缘为橙黄色的不规则坏死斑,出斑2～3周之内扩散至整个叶片和叶鞘,成熟期坏死斑蔓延至整株,叶片早枯,植株失去再生能力。与野生型相比较,突变体cdb粒型发生显著变化,粒宽增加,粒厚减小,花粉育性有一定丧失,结实率显著下降。遮光实验结果表明,cdb病斑表型的发生受自然光照的激发。光合色素含量测定和光合速率指标测量结果发现,突变体cdb的光合色素含量与野生型相比明显降低,净光合速率呈极显著下降。遗传分析结果表明,突变体cdb的病斑性状受单隐性核基因控制。基因定位发现该基因位于12号染色体上,在标记RM12CD05和RM1047之间约5.0 cM区域内,该区域内未存在明确定位克隆的水稻类病变突变基因,说明cdb是一种新的水稻类病变突变体。本研究为下一步该类病变基因的克隆、功能分析、类病变形成机制探究以及突变基因应用提供理论依据。     

水稻早衰突变体esl6的鉴定与基因定位

自然衰老提高了植物对环境的适应性,是其生长发育的重要生命历程,但在农业生产中,叶片一旦早衰,将极大影响作物的产量和品质。为探索水稻叶片衰老的分子机理,我们对EMS诱变获得的一个早衰突变体esl6进行了研究。田间种植情况下,四叶期之前,esl6与野生型无明显差异,之后心叶发育成完整叶后叶尖黄化,叶基部保持正常绿色,一直持续到开花期;在灌浆期,esl6的所有叶片均不同程度地黄化早衰,且叶片上部的衰老程度明显严重于叶片基部。衰老部位细胞结构异常,主要表现为细胞膜破裂、液泡变大和细胞器不完整等,叶绿体中基质类囊体破裂,含有较多的淀粉粒。与野生型相比,esl6叶尖衰老部位的SOD、CAT和POD活性以及超氧阴离子O₂^?、H₂O₂和羟自由基·OH含量均极显著升高。早衰不仅导致esl6叶片光合色素含量和净光合速率极显著降低,还引起esl6的植株变矮和叶片变短,倒一和倒二节间极显著变短是导致esl6植株矮化的主要原因。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控,利用西大1A/esl6的F₂分离群体,最终将调控基因定位在第9染色体203 kb的物理范围内,为下一步基因的克隆和功能研究奠定了基础,有利于水稻叶片衰老分子机理的阐释。     

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。     

水稻类病斑突变体spl31的遗传分析与基因定位

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类病斑突变体spl31, 该突变体三叶期以前表型正常, 四叶期后叶片陆续出现黄色斑点, 随着植株的生长, 面积逐渐扩大成边缘黄褐色的病斑, 至成熟时病斑相互连接成片, 导致叶片坏死。透射电镜结果显示突变体细胞的叶绿体基粒片层堆叠不规则。组织化学分析显示突变体细胞被染成深蓝色, 呈离散状分布, 说明spl31病斑是自发形成的。光合数据显示spl31基因突变对病斑叶片正常部位细胞的光系统II影响较小。农艺性状分析发现突变体千粒重下降、结实率降低。遗传分析表明, spl31的突变性状由1对隐性核基因控制, 该基因被定位于水稻第12染色体着丝粒附近, 引物ID104和ID11之间, 物理距离为383 kb, 并与标记ID105共分离。     

水稻类病变突变体c5的遗传分析与目标基因的精细定位

水稻类病变突变体c5是由粳稻品种中花11种子经化学诱变剂EMS (甲基磺酸乙酯)诱变处理得到的。该突变体叶片在三叶期开始出现近似圆形褐色斑点,经DAB染色和台酚蓝染色显示这些斑点积累了过多的H₂O₂并引起程序性细胞死亡。与野生型相比,突变体c5的成熟期株高从110.4 cm减少到74.6 cm,有效分蘖数和每穗着粒数分别减少23.7%和28.5%,千粒重和结实率都显著降低,此外,c5还表现出对白叶枯病菌的广谱抗病性,对10个菲律宾生理小种都有强烈的抗性反应。遗传分析表明,c5的突变性状受单隐性核基因控制。利用c5和明恢86配组形成的包含6269个单株的F₂群体和18个分子标记,将c基因限定在水稻第5染色体长臂STS标记S41和S47之间大约102 kb的遗传距离内。序列分析发现该区间内其中有11个编码基因,且它们与现已报道的类病变基因都不同,暗示c5可能是一个新型类病变性状控制基因。     

水稻雄性不育突变体tpa1的表型鉴定与精细定位

雄性不育材料是杂交水稻育种的关键。本研究通过甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate, EMS)诱变优良籼稻保持系西农1B,筛选得到一个雄性不育突变体tpa1。tpa1在营养生长阶段与野生型无差异,生殖生长阶段表现雄配子不育,雌配子发育正常。表型观察发现,tpa1花粉完全破碎消失,花药外壁角质层异常,花药内壁乌式体排列异常,胼胝质合成异常,绒毡层凋亡异常,且花粉外壁缺失柱状层。遗传分析表明该突变性状受1对隐性核基因控制,利用突变体tpa1与缙恢10号构建遗传群体,最终将TPA1基因定位于4号染色体引物标记N9和N11之间,物理距离为74 kb,该区间共15个预测基因,通过重测序仅发现在LOC＿Os04g53380的外显子上发生了单碱基替换,导致了翻译的提前终止,随后对野生型和突变体tpa1该位点进行测序证实了这一突变,因此将该基因确定为TPA1的候选基因, TPA1是一个未被报道过的新的雄性不育基因。本研究将为TPA1基因的功能研究奠定基础。     

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)。     

一个水稻披叶突变体的遗传分析和基因定位

在杂交育种后代中,发现了一个叶片披垂的突变体,暂命名为dl(t).通过两年观察,表现稳定遗传.以该突变体为父本,Y2B和缙香2B分别为母本配制杂交组合,F2遗传分析表明,该披叶性状由一对隐性基因控制.利用突变体与Y2B杂交得到的F2代群体进行基因定位,发现dl(t)基因位于第3染色体短臂上标记RM6038和RM5347之间,遗传距离分别为3.99 cM和0.94 cM.进一步在两标记之间发展新的分子标记,将该基因定位在RM6038和RM7576之间,分别相距3.99 cM和0.47 cM,且与RM1324共分离.这一结果表明该基因可能与已报道的水稻披叶突变基因dl(drooping leaf)等位.但该披叶突变体除叶片表现披垂外,其他性状与所有已报道的dl等位基因都不同,特别是花器官性状发育正常,这显然与已有报道的dl等位基因不同.     

一个水稻黄绿叶突变基因的定位和遗传研究

从粳稻品种日本晴经⁶⁰Co诱变的M₁材料中发现一个黄绿叶突变体, 其叶片从萌发到三叶前期表现白化, 三叶后期开始转为黄绿叶, 直到衰老。遗传分析表明, 该突变表型受一对隐性核基因控制, 将该黄绿叶突变体暂定名为ygl8951。与野生型相比, ygl8951的叶绿素含量与类胡萝卜素含量显著降低。电子显微镜观察表明ygl8951内叶绿体数量明显减少, 叶绿体内没有基粒类囊体, 只有类似间质类囊体结构。基因表达定量分析表明, 突变体中光系统I和光系统II基因表达水平明显下调, 核糖体结构基因和质体编码的RNA聚合酶亚基基因表达明显上调。利用ygl8951与籼稻品种黄华占杂交获得的F₂分离群体, 将该基因定位于水稻第6染色体上的In/Del标记607489与607611之间, 物理距离191 kb的范围内, 通过分析确认该基因为一个新的调控叶色的基因。     

水稻早衰叶突变体PLS2的遗传分析与基因定位

叶片早衰引起叶绿素和其他大分子被降解, 叶片光合能力降低。这个过程常伴随着活性氧(ROS)的积累, 以及细胞中抗氧化酶(SOD、CAT和APX)活性的降低, 衰老相关基因(SAG)表达量上调, 最终导致整个植株过早成熟, 产量降低。因此, 研究水稻早衰遗传机制和基因功能对于水稻的遗传改良具有重要的作用和意义。PLS2是通过航天育种工程经空间辐射诱变得来的突变体, 在孕穗期表现早衰。与野生型相比, PLS2的光合能力降低, 株高变矮, 节间和穗长缩短, 分蘖数和有效分蘖数减少, 穗粒数和结实率明显下降, 千粒重降低, 穗发育不良, 灌浆不充分; 叶片的CAT活性显著降低、H₂O₂积累、死亡细胞增加, 叶绿体结构变差, 叶绿体中淀粉和嗜锇颗粒增多。黑暗处理加速突变体叶片衰老, 叶绿体超微结构球状化。利用PLS2/蜀恢527和PLS2/02428的隐性定位群体, 将pls2定位在第3染色体标记RM14704 (8674283 bp)与SL-I-5 (8758394 bp)之间, 物理距离84.11 kb, 区间内包括14个基因, 测序发现在LOC_Os03g15840第9个外显子第41位的C被替换为T, 导致精氨酸(R)替换为半胱氨酸(C), LOC_Os3g15840编码水稻中的一个糖基转移酶(glycosyltransferases, GTs), 可能是pls2的候选基因。为下一步调控基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻ygl98黄绿叶突变基因的精细定位与遗传分析

通过EMS诱变获得一份遗传稳定的水稻黄绿叶突变体ygl98,该突变体整个生育期呈黄绿色。与野生型相比,突变体的叶绿素和类胡萝卜素含量分别下降45.3%和45.6%,有效穗数和结实率分别减少14.4%和10.7%,株高降低7.4%。透射电镜观察表明,ygl98突变体的叶绿体形状不规则,叶绿体中有许多空的囊泡状结构,类囊体数目减少,每个基粒仅由少数几个类囊体垛叠而成。遗传分析表明,ygl98的突变性状由1对隐性核基因控制。利用(ygl98/浙辐802) F₂作为定位群体,将突变基因定位在第3染色体长臂InDel标记I3和I4之间,遗传距离分别为0.07 cM和0.19 cM,两标记之间的物理距离约为44.2 kb,此区间内包含8个预测基因。基因组序列分析发现,ygl98突变体在编码镁离子螯合酶ChlD亚基的OsChlD基因编码区第1 522碱基处(位于第10外显子),碱基G突变为碱基A,从而造成编码蛋白序列第508位的丙氨酸(Ala)突变成苏氨酸(Thr)。该基因是已报道的水稻黄绿叶基因Chlorina-1的等位基因,但突变体表型有明显区别,Chlorina-1突变体在2~3周龄幼苗时开始出现黄绿叶,且该黄绿叶性状仅在苗期表现,而ygl98突变体整个生育期都表现为黄绿叶,这可能是OsChlD基因组序列的突变位点不同造成的。     

水稻中脉缺陷突变体dl-6的遗传分析与精细定位

为了克隆DL-6基因,以dl-6与9311配制正反杂交组合进行性状分析发现,dl-6突变性状受1对隐性核基因控制,利用SSR分子标记将控制dl-6性状的基因DL-6初步定位在水稻第3染色体的短臂上,进一步利用新发展的InDel标记将DL-6基因精细定位在I3-5和I3-8之间85 kb的物理距离内。对该区段内存在的开放阅读框( ORF)进行分析,发现其中ORF9编码的YABBY基因是一个与叶脉发育相关的基因,对突变体dl-6和野生型中YABBY基因进行测序,将测序结果与数据中日本晴序列进行比对发现,突变体dl-6中YABBY基因的第1个外显子存在1个单碱基突变,该突变导致野生型中编码的半胱氨酸突变为突变体中的精氨酸;同时突变体dl-6在YABBY基因的3′端还存在8个碱基的缺失。这2个突变位点哪个是导致dl-6突变的功能区目前还不确定,有待进一步研究。