水稻温度敏感型黄叶突变体yl2(t)的表型分析和基因定位

[目的]本试验旨在对水稻温度敏感型黄叶突变体yl2(t)进行表型分析和基因定位,为图位克隆该基因奠定基础。[方法]在连续20℃温度处理下测定突变体yl2(t)叶绿素含量和观察其叶绿体结构;构建yl2(t)与籼稻品种‘南京11’的杂交F2群体,借助SSR和In Del分子标记,选取隐性极端个体进行基因定位;利用qRT-PCR测定叶绿素合成相关基因表达水平。[结果]20℃持续处理15 d,yl2(t)幼苗表现黄叶;若处理时间延长至20 d,yl2(t)幼苗则不能继续生长最后死亡,处理15 d后转移至30℃或在30℃连续生长时叶色正常。田间生长条件下,yl2(t)的农艺性状与野生型相比,没有显著差异。叶绿素含量测定结果表明,20℃时yl2(t)叶绿素含量较野生型显著降低,而30℃时yl2(t)中仅叶绿素b的含量显著降低。叶绿体超微结构观察显示,yl2(t)幼苗中叶绿体发育正常。遗传分析表明,yl2(t)突变表型受一对隐性核基因控制,利用图位克隆的方法将该突变基因定位在第8染色体长臂末端标记N8-36与P16之间,物理距离为647 kb。qRT-PCR结果表明,20℃和30℃两种温度条件下,与野生型相比,yl2(t)幼苗中叶绿素合成相关基因的表达出现不同的变化。[结论]水稻温敏型黄叶突变体yl2(t)突变表型受一对隐性核基因控制,该基因被定位在第8染色体长臂末端,是一个控制水稻叶色的新基因。本研究结果为YL2(T)基因的克隆及在水稻育种中的应用提供了依据。     

1个新水稻黄叶突变体yl1的遗传分析和初步定位

在籼稻蜀恢498群体中发现1个黄叶自然突变体(yl1)。农艺性状调查发现,与野生型相比,突变体的株高、千粒重、结实率和有效穗数均明显降低。叶绿素含量测定表明,突变体yl1在苗期叶绿素含量极显著降低。超显微结构观察发现,突变体叶绿体形态改变与野生型相比明显变小,类囊体变小且不规则。进一步通过遗传分析表明该黄叶突变体受1个隐性单基因控制,利用SSR和STS标记定位目的基因YL1,初步定位将YL1在水稻第1号染色体长臂上Y99和Y33之间,物理距离大约157kb区段内。在该区段内未见相关基因报道,推测YL1是控制叶色的新基因。     

水稻yl1黄叶突变体的基因克隆与功能分析

叶片是植物进行光合作用的重要器官,是作物产量形成的基础。作物叶色突变体不仅是研究叶绿体发育机制、培育高光效新种质的前提,而且可以作为性状标记,应用于良种繁育及杂交育种。在经化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)处理的粳稻品种Kitaake突变体库中,筛选得到黄叶突变体yl1,yl1突变体的株高、穗粒数、千粒重与野生型相比均降低。遗传分析表明,yl1黄叶表型由单隐型基因控制,图位克隆表明yl1编码叶绿素酸酯a氧化酶(chlorophyllide a oxygenase,OsCAO1,LOC_ Os10g41780)基因发生点突变;yl1突变体OsCAO1突变位点位于催化功能域,没有改变其在叶绿体中的定位,且在不同物种之间高度保守,这表明该位点可能是OsCAO1的酶活关键氨基酸位点。     

水稻早衰突变体zs的鉴定与基因定位

[目的]本研究旨在对水稻叶片早衰突变体zs进行遗传分析及基因定位,探索水稻叶片早衰的分子机制。[方法]从甲基磺酸乙酯(EMS)诱变‘宁粳1号’突变体库中筛选鉴定了1个稳定遗传的早衰突变体zs,构建突变体zs与籼稻品种‘N22’的F2群体,对控制突变性状的基因进行定位,利用RT-q PCR对叶绿素合成以及质体发育相关基因的表达水平进行分析。[结果]突变体zs在28℃条件下生长14 d时,zs第2叶叶尖出现黄褐色斑点,并逐渐向叶基部蔓延。突变体zs叶绿素a和叶绿素b含量明显下降。zs叶肉细胞结构异常,叶绿体中类囊体片层结构排列松散。与野生型相比,zs的株高、分蘖数和千粒质量均显著降低。通过构建遗传分离群体,将突变基因定位在第12号染色体短臂上的600 kb的区间内。此区间内含有2个已报道的与叶片衰老相关的基因LOC_Os12g16410和LOC_Os12g16720,分别编码异黄酮还原酶和细胞色素单加氧酶(P450)。测序分析发现,仅在LOC_Os12g16720第2外显子上有1个单碱基突变,导致苏氨酸突变为甲硫氨酸。zs叶绿素合成相关基因和质体发育相关基因的表达量显著低于野生型。[结论]鉴定了1个早衰突变体zs,通过精细定位与序列分析,将LOC_Os12g16720作为候选基因,该基因可能参与调控叶绿素合成及质体的发育。     

水稻白条纹叶突变体wsl7的表型鉴定及候选基因分析

[目的]水稻白条纹叶突变体是一种可利用的种质资源。通过对突变基因的定位,可将白条纹叶性状作为一种隐性标记导入到不育系中,在保证杂交种纯度方面有着非常广阔的应用前景。[方法]从籼稻品种‘93-11’的化学诱变突变体库中发现1个水稻白条纹叶突变体white striped leaf7(wsl7)。利用wsl7与‘02428’杂交构建F2群体进行遗传分析及基因定位。[结果]与野生型相比,突变体wsl7在幼苗期表现出叶片白条纹的表型且光合色素含量较野生型极显著下降,以3叶期最明显。5叶期以后叶片开始由下向上转绿。低温处理条件下,wsl7白条纹叶表型较正常温度处理更为显著。透射电镜观察发现,突变体叶绿体观察不到明显的类囊体片层且出现大量空泡状结构。遗传分析表明,该突变性状受单隐性核基因控制。利用混合群体分离分析法(BSA)将该基因初步定位于第6号染色体上。进一步通过开发分子标记和扩大群体进行精细定位,将基因缩小到72.3 kb。经测序发现wsl7突变体中1个编码线粒体载体蛋白基因的3个外显子发生单碱基缺失,导致编码蛋白翻译提前终止。[结论]水稻突变体wsl7的白条纹叶性状由6号染色体上的1个编码线粒体载体蛋白基因突变所致。     

水稻黄叶突变体叶绿体超微结构与突变基因定位

对黄叶突变体-黄玉B的叶绿体超微结构和遗传特性进行研究。结果表明,野生型和突变体在相同的叶龄期,叶片内叶绿体个数差异不显著(P<0.05),但野生型的叶绿体基质浓厚、基粒片层堆叠比较整齐、有序,突变体基质较淡、基粒片层堆叠比较松散。遗传分析表明,该突变体黄叶性状受1对隐性基因控制,命名为xl(t);用SSR分子标记将xl(t)定位在第11染色体RM5349和RM21之间,遗传距离分别为0.82 cM和2.34 cM。     

水稻黄叶突变体叶绿体超微结构与突变基因定位(英文)

对黄叶突变体-黄玉B的叶绿体超微结构和遗传特性进行研究。结果表明,野生型和突变体在相同的叶龄期,叶片内叶绿体个数差异不显著(P0.05),但野生型的叶绿体基质浓厚、基粒片层堆叠比较整齐、有序,突变体基质较淡、基粒片层堆叠比较松散。遗传分析表明,该突变体黄叶性状受1对隐性基因控制,命名为xl(t);用SSR分子标记将xl(t)定位在第11染色体RM5349和RM21之间,遗传距离分别为0.82 cM和2.34 cM。     

两个新的水稻叶色突变体形态结构与遗传定位研究

【目的】对2个新的水稻叶色突变体进行形态结构与遗传分析,并且初步定位这2个突变基因。【方法】在水稻育种材料中分别发现了一株白色条纹叶突变体和一株黄叶突变体,经多代自交已形成稳定的突变系。对突变体的主要形态特征与叶绿素组分等进行分析,观察叶绿体的超微结构,并以这2个突变系杂交产生的F2群体作为定位群体,应用SSR标记对突变基因进行初定位。【结果】与其野生型相比,白色条纹叶突变体的单株穗数减少12.86%,生育期延长11.27%,黄色叶突变体的株高降低31.08%,千粒重减少14.55%,生育期延长17.86%,并且2种突变体的叶绿素含量都显著低于其野生型。电镜观察结果表明：2种突变体的类囊体结构异常,与野生型水稻相比,黄色叶突变体的类囊体片层数变少,白色条纹叶中条纹部分的类囊体片层结构几乎消失,正常绿色部分的类囊体结构没有变化。遗传分析表明：这2种突变性状均受1对隐性核基因控制,位于不同染色体上,将突变基因暂时命名为st9(t)(stripe)、chl12(t) (Chlorophyll-deficit)。将st9(t)定位到第一染色体短臂最末端,与分子标记RM1331相距9.6 cM,且与标记RM3252等共分离;将chl12(t)定位到第三染色体短臂,与分子标记RM411、RM8208之间的遗传距离分别是1.2、5.1 cM。【结论】发现了2个叶色突变新基因,为下一步的基因克隆与功能分析奠定了基础。     

水稻白条纹叶突变体wsl1的生理特性分析及基因定位

水稻叶绿素缺失突变是一种常见的突变类型,对叶绿素缺失突变体基因进行定位克隆和功能分析,可进一步丰富叶绿素代谢的分子机理研究。在辽粳371的60Co-γ射线辐射诱变后代中筛选到1个白条纹叶突变体wsl1,经多代自交,其白条纹性状能稳定遗传。利用图位克隆方法定位该基因,同时在孕穗期进行光合色素含量测定和光合参数测定,成熟期考察其穗部农艺性状。该突变体从4叶期开始表现白条纹性状,在茎部、叶鞘、叶缘等不同部位均表现白条纹性状且该性状一直持续到成熟期。与野生型相比,突变体结实率极显著下降,仅为野生型的75.33%;千粒重极显著的增加,比野生型增加7.97%;粒长极显著下降,是野生型的90.15%,粒宽和粒厚极显著增加,分别增加11.51%和7.58%。在孕穗期,突变体wsl1的叶绿素b含量比野生型下降23.20%,差异达到极显著水平。突变体的叶绿素a和类胡萝卜素含量与野生型的无明显差异。与野生型相比,突变体的净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度都显著下降,分别为野生型的85%、72%和95%。而突变体的光能转化效率极显著高于野生型,比野生型高11.88%。透射电镜观察发现,突变体植株叶肉细胞类囊体片层减少,结构模糊。遗传分析表明,水稻白条纹叶突变体wsl1突变表型受1对隐性核基因控制,该基因被定位到第1染色体短臂末端,是一个控制水稻叶色的新基因。该基因的发现有助于深入了解水稻叶色形成和调控的机制,同时丰富了水稻特异种质资源。     

低叶绿素b水稻突变体的抗氧化酶系统研究

[目的]研究低叶绿素b水稻突变体抗氧化酶系统在缓解光氧化伤害中的作用。[方法]以低叶绿素b水稻突变体和野生型为材料,对其叶绿体中过氧化氢(H2O2)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性和同工酶谱进行了比较。[结果]与野生型相比,突变体叶片细胞及叶绿体中抗氧化酶SOD、POD和CAT的同工酶种类相对较多,酶活性相对较高;强光条件下,突变体叶绿体H2O2的含量低于野生型叶绿体。[结论]较强的内源活性氧清除系统减轻了强光下过剩光能对光合膜的光氧化伤害,是该突变体PSII具有较高稳定性的重要原因。     

水稻白化突变体alb24的遗传分析及其基因定位

[目的]对水稻叶色发育缺陷突变体的研究有助于阐释高等植物叶绿体发育和光合作用所必需的基因网络。[方法]从籼稻品种华粳籼74发展的一个株系中出现幼苗期叶片白化、四叶期枯死的表型分离,通过与粳稻中花11构建F_2群体和分子标记,对突变体进行遗传分析和基因定位。[结果]该白化突变体由一对隐性核基因控制,暂命名为alb24,定位于第6染色体SSR标记RM276和Indel标记ID4955-1之间,遗传距离分别为5．0和0．1cM。[结论]ALB24基因的初步定位为进一步的精细定位和克隆该基因奠定了基础。     

黄瓜白化突变体分析与突变基因al的精细定位

【目的】对黄瓜白化叶片突变体进行生理和遗传分析,并对该突变基因al进行精细定位,为阐明影响黄瓜叶绿体发育的重要代谢或调控机制提供参考。【方法】以2个不同背景的黄瓜材料Gy14和9930为亲本,分别与携带白化突变基因的杂合材料649构建F_2群体。对F_2群体中的野生型和白化突变体进行光合色素含量测定及叶绿体结构观察,同时筛选多态性分子标记引物,结合基因组重测序技术,对突变基因al进行精细定位。【结果】对al突变体进行表型观察,发现刚出土时其子叶颜色浅黄,之后逐渐白化,确定该白化突变为致死突变性状。与野生型相比,al突变体光合色素含量均极显著低于野生型,且叶绿素a、叶绿素b含量平均降低了90%以上。通过透射电镜对叶肉细胞内叶绿体结构进行观察发现,与野生型相比,al突变体子叶叶肉细胞中几乎无法观察到叶绿体的存在。对al突变体进行遗传分析发现,该白化性状是由一对隐性核基因控制的质量性状。通过BSA、分子标记定位、基因组重测序和染色体步移等方法,最终将al基因定位于黄瓜第7号染色体上约66 kb区间内。【结论】黄瓜白化突变的形成与叶绿体的形成密切相关,由单基因突变产生,定位于黄瓜第7号染色体上。     

水稻晚开花突变体lft1的鉴定与基因克隆

[目的]通过对水稻晚开花突变体lft1(late flowering time)的鉴定及基因定位,解析水稻响应光周期调控开花的分子机制。[方法]从‘日本晴’T-DNA插入突变体库中筛选得到一个在长日照下晚开花的突变体lft1。调查了lft1/日本晴F_2分离群体的开花期表型,分析晚开花表型与T-DNA插入之间的相关性。比较日本晴/9311 F_2群体和lft1/9311 F_2群体的开花期分布,选取群体中具有突变效应的极端晚开花单株进行基因定位。比较突变体lft1和野生型‘日本晴’中已知开花期基因的表达水平,分析基因在调控网络中的作用。[结果]相比于野生型‘日本晴’,突变体lft1在长日照条件下晚开花20 d,粒长和千粒质量均显著增加。对lft1/日本晴F_2群体调查发现,晚开花性状由1对隐性基因控制,且与T-DNA插入呈现非共分离。相比于对照日本晴/9311 F_2群体,在lft1/9311 F_2群体中出现了极端晚开花的个体,从中选取了58株极端个体用于基因的初定位。利用‘日本晴’和‘9311’之间的多态性分子标记对极端晚开花个体进行了图位克隆,将基因限定在第9染色体短臂上,分子标记RM219与RM3912之间,物理距离为2.94 Mb的范围内。在开发标记的过程中,发现分子标记SJ9-32能够在‘日本晴’和‘9311’中实现扩增,但是在lft1及其后代的极端个体中均不能有效扩增。通过进一步设计标记,我们最终验证了在lft1中存在DNA片段的缺失,该缺失区段覆盖了SDG724基因。等位性测验进一步证实lft1的晚开花表型是由于SDG724基因的缺失而引起的。q RT-PCR结果表明,SDG724可以调节Os MADS51和RFT1的表达水平。[结论]突变体lft1中由于SDG724基因的缺失,导致Os MADS51和RFT1的表达水平下调,从而引起晚开花性状。通过调控SDG724基因的表达水平来调节水稻开花期,这在生产上将具有重要意义。     

水稻黄绿叶突变体ygl13的鉴定及候选基因分析

【目的】对水稻黄绿叶突变体ygl13 (yellow-green leaf 13 )进行表型鉴定和候选基因检测,以便了解水稻叶色形成和调控的分子机制。【方法】经甲基磺酸乙酯（EMS）诱变籼稻恢复系缙恢10号（Jinhui 10）,从中筛选出1份遗传稳定的黄绿叶突变体命名为ygl13,对突变体的表型进行系统观察,调查其成熟期的主要农艺性状,分别测定野生型和突变体苗期和孕穗期的叶片光合色素含量,同时利用透射电镜观察野生型和突变体ygl13的叶肉细胞及叶绿体结构。将表型正常的不育系西农1A与突变体ygl13杂交,根据F₁和F₂群体的性状表现与分离情况,分析该突变性状的遗传行为,并以F₂作为基因定位群体,对突变体ygl13进行候选基因遴选和突变位点测序验证。【结果】突变体ygl13的植株叶片在整个生育期均呈现黄绿色,与野生型缙恢10号相比,突变体ygl13苗期和孕穗期叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均极显著降低。透射电镜观察结果显示,与野生型相比,突变体ygl13叶绿体结构异常,基质片层减少退化,类囊体片层减少,不规则的散乱分布。农艺性状调查结果表明,突变体ygl13穗总粒数增加了26.06%,株高和结实率分别降低了12.33%和18.82%,但穗长、有效穗、穗实粒数和千粒重无显著差异。F₂群体正常叶色的植株数与黄绿叶植株数分离比经χ²测验符合3﹕1分离比例（χ²=2.35＜χ²_0.05=3.84）,表明ygl13的黄绿叶性状由1对隐性核基因控制。YGL13被定位于第8染色体短臂InDel标记ID43和ID69之间,遗传距离分别为4.0和0.5 cM,区间物理距离约为318 kb,共有52个基因。经测序比对分析发现,ygl13突变体在OsSIG1编码区的第1 005个碱基G突变为碱基A（位于第三外显子）,造成编码色氨酸（Trp或W）的密码子突变为终止密码子,导致蛋白翻译提前终止,则该基因编码520个氨基酸的蛋白质突变为334个氨基酸的截短蛋白。qRT-PCR结果表明,突变体ygl13部分光合色素代谢途径和光系统相关基因表达紊乱。【结论】水稻突变体ygl13的黄绿叶性状由1对隐性核基因控制,该基因与已报道的水稻质体σ因子OsSIG1为等位基因。     

水稻一新黄绿叶突变体ygl10-2(t)的遗传分析与基因定位

在籼稻品种蜀恢527群体中筛选到1个黄绿叶突变体ygl10-2(t)。农艺性状调查显示,与野生型相比,ygl10-2(t)的株高、剑叶长、结实率显著下降。突变体的叶绿素a、叶绿素b较野生型均下降,其中苗期叶绿素a的下降幅度最大。叶绿体超微结构观察显示,突变体中叶绿体体积增大且形状不规则,基粒片层数减少且排列稀疏。遗传分析结果表明,ygl10-2(t)的突变表型受1对隐性核基因控制。基因定位结果表明ygl10-2(t)位于第10号染色体短臂约108kb的区段里,是1个新的控制水稻叶色的基因。     

水稻心白突变体whc的理化性质和基因定位

[目的]淀粉约占水稻胚乳干物质总量的80%,胚乳中淀粉的组分与含量以及颗粒结构对稻米品质具有重要影响。因此,阐明水稻淀粉合成的分子机制对品质改良具有重要意义。[方法]通过60Co-γ辐照诱变粳稻品种‘中花11’(ZH11),得到1个稳定遗传的胚乳心白突变体white core(whc)。对该突变体的形态学特征、理化性质、淀粉结构等性状进行了分析,并对突变体whc和‘N22’杂交配制的F_2群体进行基因定位。[结果]与野生型相比,该突变体表现为胚乳中心粉质不透明,粒宽与有效穗数增加,千粒质量下降14.5%。whc突变体成熟种子的直链淀粉含量减少24.7%,而总蛋白含量变化不明显。胚乳横截面扫描电镜分析发现,突变体whc的粉质胚乳部位淀粉粒异常。挑选极端单株将whc精细定位在Chr 4染色体长臂的RM349和d1分子标记之间,物理距离为158 kb。测序发现whc突变体中1个编码三角状四肽重复结构域蛋白[tetratricopeptide repeat(TPR)domain containing protein]的基因发生点突变,导致蛋白翻译提前终止。qRT-PCR分析显示,whc突变体中编码AGPase各亚基以及部分淀粉合酶的相关基因表达量发生改变。[结论]水稻心白突变体whc的表型可能是由1个编码TPR蛋白结构域的基因控制。     

水稻叶片淀粉累积早衰突变体pls5的鉴定及基因定位

[目的]本研究旨在对水稻叶片淀粉累积早衰突变体pls5进行表型分析及基因定位,探讨水稻叶片早衰的分子机制。[方法]对pls5突变体进行田间农艺性状调查和光合速率测定;于抽穗期对倒2叶(无明显早衰表型)、倒3叶(出现早衰)和倒4叶(严重早衰表型)进行色素和活性氧含量测定,观察叶绿体超微结构;利用Real-time PCR对淀粉代谢和衰老相关基因进行表达分析,以及候选基因的图位克隆与测序。[结果]pls5突变体早期大田生长正常,早衰表型始于分蘖后期,至乳熟期所有叶片衰老。与野生型相比,pls5突变体色素含量和净光合速率极显著降低,同时每穗总粒数、结实率和千粒质量显著下降。倒3叶叶绿体中积累大量的淀粉粒,类囊体片层由于淀粉粒的大量积累被挤压到细胞膜周围;倒4叶叶绿体中积累大量嗜锇体,类囊体片层解体。同时,pls5中淀粉代谢和衰老相关基因的表达显著上调,活性氧积累。遗传分析表明,pls5的突变表型是由隐性单基因突变引起的;利用图位克隆将目标基因定位在第5染色体的长臂标记P7和P4之间,物理距离154 kb,共18个ORF;对区间内已报道基因ES5(Os05g0554400)测序,发现在第11个外显子存在437 bp的插入,导致移码突变翻译提前终止,推测其为候选基因。[结论]pls5是早衰突变体es5的等位变异,在衰老叶片中存在淀粉累积,这些有利于进一步理解叶片早衰的内在机制。     

3个水稻叶色突变体的遗传分析及基因定位

利用甲基磺酸乙酯对常规粳稻‘秀水09’进行诱变处理,获得了3个黄叶突变体Y1-1,Yl-2和Yl-3,多代自交稳定遗传.突变体与野生型‘秀水09’相比,分蘖减少、植株变矮、苗期叶片表现明显的黄色,随着生长发育的进行,叶片逐渐返绿.遗传分析表明这3个突变体的黄叶性状均受1对隐性核基因控制.利用SSR分子标记,将突变基因Yl-1定位在第3号染色体RM282与RM6080之间的7.5 cM范围内,将突变基因Yl-2和Yl-3定位在第5号染色体分子标记5-43w与RM1237之间,遗传距离分别为2.0 cM和6.8 cM.     

影响水稻雌雄配子发育的基因图位克隆

[目的]水稻的育性对产量有非常重要的影响,对水稻雌、雄不育(female and male sterility)突变体fms进行表型研究和基因图位克隆以丰富水稻生殖发育的分子机制。[方法]用甲磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate,EMS)化学诱变粳稻品种‘宁粳4号’,获得1个稳定的雌、雄不育突变体fms,利用醋酸洋红染色、半薄切片和激光共聚焦显微技术对野生型和突变体的花药和胚囊进行细胞学观察和比较;利用FMS/fms杂合子和‘N22’杂交构建的F2群体进行遗传分析和基因图位克隆。[结果]细胞学观察发现:fms的花药壁中绒毡层和中间层缺失,花粉母细胞发育停滞,导致雄配子完全不育;突变体胚囊发育早期孢母细胞增多,成熟胚囊完全退化或出现多于8个的细胞核,导致雌配子不育。遗传分析表明,该不育性状由1对隐性核基因控制。通过图位克隆将FMS基因初步定位在第12号染色体长臂上的分子标记RM27877和RM28404之间。进一步扩大群体并加密分子标记,最终将候选基因定位在标记Ta-4和Ta-7之间,物理距离818 kb,该区间内预测有13个开放阅读框。基因组测序结果显示,fms在Os12g0472500的第1个外显子上有1个碱基突变,使色氨酸变成终止密码子,造成翻译提前终止。表达分析显示FMS在花药中特异性高表达,在胚囊中表达量较高。[结论]水稻育性突变体fms突变性状由Os12g0472500基因的隐性突变引起,该基因编码的蛋白影响水稻花粉和胚囊的发育。