中国农科院水稻所揭示水稻叶绿体发育新机制

正近日,中国水稻研究所种质创新课题组与杭州师范大学植物逆变课题组最新研究揭示了水稻叶绿体发育的新机制。叶绿体主要分布在植物叶片中,叶片的发育直接影响到叶绿体的发育。水稻叶色突变体的研究可以挖掘更多叶绿体发育相关基因,为叶色调控网络解析奠定基础。研究人员利用一个水稻白条纹叶突变体(wfsl1),图位克隆了WFSL1基因。WFSL1基因突变导致叶绿     

水稻白化转绿叶色突变体研究进展

水稻作为重要的粮食作物之一,随着人口增长、耕地减少及环境条件的不断恶化,进一步提高单位面积产量是育种家的重要目标。通过提高光合效率来增加生物量是进一步提高水稻产量的有效手段。叶绿体是植物光合作用的主要场所和细胞的能量供应中心,对植物的生长发育和细胞的新陈代谢至关重要。鉴定和克隆参与叶绿体发育和调控的关键基因,揭示其调控网络和分子机制,对于调控光合作用和植株的生长发育以及培育高光效水稻新品种均具有重要的科学意义和实践价值。植物叶色多种多样并且容易进行区分,因此叶色突变体常被用作探究植物光合作用机制、叶绿素生物合成、叶绿体结构和功能以及遗传发育调控等的重要材料。水稻叶色突变体较为常见,白化转绿突变体较容易区分,在研究水稻叶绿体发育、叶绿素合成、光合作用效率及遗传育种等领域具有重要的应用价值。从白化转绿突变体的表型、分类、来源、作用机制、遗传方式及影响因素等方面进行综述,以期为水稻白化转绿突变体的理论研究和实际应用提供参考。     

水稻白条纹叶突变体gws的生理特性及突变基因共分离分析

利用水稻T-DNA插入突变体库中获得的单隐性核基因控制的白条纹叶突变体gws进行光合特性、显微结构和遗传分析等研究.结果显示gws突变体叶绿素及叶绿素合成中间产物含量都降低,光合效率下降;叶片白色区域细胞无叶绿体,白绿交界处有少量前质体和叶绿体,绿色区域的叶绿体发育正常;共分离分析表明,gws突变体的突变表型不是由T-DNA插入第二染色体位点引起.     

水稻黄叶突变体yl的遗传分析与基因定位

[目的]水稻叶片作为重要的光合器官,是作物产量的形成基础。叶色突变体不仅可以作为育种标记,还是研究叶绿体发育和培育高光效水稻品种的先决条件之一。[方法]从籼稻品种‘9311’的~(60)Co-γ射线辐射诱变突变体库中筛选获得了1个水稻黄叶突变体yl。利用yl/‘宁粳4号’杂交的F2群体进行基因定位。[结果]与野生型相比,yl突变体的幼叶表现出明显的黄化,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素的含量下降。突变体叶绿体中类囊体片层结构排列松散。与野生型相比,yl突变体的每穗粒数、结实率和千粒质量下降。该性状受1对隐性核基因控制。该基因初步定位于第9染色体长臂上,进一步开发分子标记把定位区间缩小在14.5 kb内,该区域包含3个候选基因。经测序比对分析发现,yl突变体的第3个ORF的第5外显子发生碱基突变(2131CTA→G),从而造成蛋白第233位氨基酸发生改变并导致翻译提前终止,形成了1个包含原有232个氨基酸和16个新形成氨基酸残基的蛋白,该基因与已报道的水稻黄叶基因YLC1是等位基因。[结论]本研究明确了YLC1参与叶绿素的合成,为叶绿体色素合成和叶绿体发育的研究提供了基础。     

水稻叶色突变体及其基因定位、克隆的研究进展

叶片是植物最主要的光合作用器官,叶色变异是高等植物中突变频率较高且易于鉴定的突变性状.叶色突变体是植物光合作用机制、叶绿素生物合成、叶绿体的结构功能和遗传发育调控机理、作物标记性状等研究的理想材料.本文介绍了国内外在水稻叶色突变体的发掘、遗传研究、基因定位、基因克隆以及功能研究和突变机理方面的研究进展.     

水稻雌性不育突变体研究进展及应用展望

水稻作为单子叶植物发育的模式植物,其雌性器官和雌配子体发育过程得到越来越多的关注。控制雌性器官和雌配子体发育的基因发生突变,或者籼粳杂交后代,常常出现雌性不育现象。作者从突变体研究角度出发,总结了近年来对水稻雌性不育突变体的表型描述、遗传分析,以及相关基因功能研究进展。最后对水稻雌性不育特性在育种改良和杂交水稻机械化制种上的应用进行展望。     

水稻花发育研究进展

迄今为止,双子叶植物花发育模型研究已基本成熟,这些模型在一定程度上也适用于水稻等单子叶植物的研究.目前,已鉴定克隆了部分与水稻花发育相关的基因,如水稻稀穗LAX、PLAI、LHD、FZP、CL、RFL、RAP1A和RAP1B基因以及花器官发育的水稻ABCDE 5类功能基因和花序变异基因包括Lax、Fzp、OsCKX2、Fon1等,促进了人们对水稻花发育机制的进一步了解.但是有关水稻花发育特异基因之间的调控及作用机理尚未清楚,今后需采用以先进的生物技术为手段,通过分离、鉴定更多的水稻花发育突变体基因,深入探讨各个基因的功能及相互作用,最终系统了解水稻花发育调控机理,从而为深人研究单子叶花序发育奠定基础.     

水稻内稃发育相关基因PAL1时空表达研究

 PAL1是项目前期研究克隆的水稻内稃发育相关基因,为了进一步解释其调控水稻内稃发育的分子遗传机制,采实时用荧光定量PCR方法检测了PAL1基因在日本晴和(或)突变体水稻中的表达情况。在水稻的根、叶和幼穗中都检测到PAL1 mRNA,幼穗中表达水平高于根和叶,在突变体中的表达水平低于日本晴水稻;在孕穗期叶中的表达水平高于苗期叶;在成熟花器官中外稃、内稃、雄蕊和雌蕊均有表达,内稃器官中的表达水平最高。这些结果显示：PAL1在生殖生长阶段可能具有更重要的作用;在花器官发育中, PAL1基因的功很能可能是水稻内稃正常发育所必需;PAL1基因在所有器官中都表达,暗示该基因可能参与水稻多方面的发育调控,是水稻中一个重要的发育调控基因。     

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。     

水稻温敏型叶绿素突变体遗传及超微结构研究

对温敏型叶绿素突变体进行遗传分析表明,离子束诱变的水稻温敏型叶绿素突变体苗期叶片黄化性状是以一对隐性核基因为主,核质互作遗传;其叶绿体在超微结构上表现为基粒数少,基粒类囊体片层数目少,发育滞后,叶绿体缺少明显的双层膜结构。     

一份新的水稻淡黄叶色突变体的叶色表现及叶片结构的观察

对水稻淡黄叶突变体安农标810S及其对照安农810S的叶色表现及叶片结构进行了观察和研究,结果表明：突变体从第1片完全叶开始即呈现叶色淡黄,并且在全生育过程中,一直保持淡黄叶性状不发生改变。这样可以快速、准确地从两系法杂交水稻的F1群体中区分不育系自交苗或从繁殖群体中区分杂株。通过石蜡切片观察,突变体叶片结构与安农810S相比无明显变化;通过电镜观察叶绿体超微结构,突变体叶绿体内部结构也未见明显改变。     

中国水稻研究所张健课题组发现水稻雄性不育新基因RMS

正近日,中国水稻研究所张健课题组和海南波莲水稻基因科技有限公司合作在Plant Physiology在线发表了题为RMS2 encoding a G-DSL lipase mediates lipid homeostasis in anthers to determine rice male fertility的研究论文。该研究首次揭示了GDSL脂肪酶调控水稻花药发育和雄性育性的功能和机制。脂质代谢在植物雄性配子发生过程至关重要。尽管GDSL脂肪酶已被公认为许多植物发育过程和胁迫响应的关键酶,但它们在水稻生殖发育中的功能尚不清楚。在该研究中,研究人员鉴定和克隆了一个编码GDSL脂肪酶的新基因RM52,其突变体表现为完全的雄性不育,花药的中间层、绒毡层延迟退化,花粉外壁和中央大液泡的形成异常,其他农艺性状无明显变化。酶活性实验证实了突变体rms2的脂酶活性显著降低。比较代谢组分析显示,与野生型相比,突变体花药中16种脂质成分和许多其他代谢物的含量发生了显著变化。进一步研究表明,RMS2的转录激活受雄性发育调节因子UDT1和PTC1共同调控,这表明PMS2可能是水稻雄性育性调控网络中的关键节点。     

水稻白化转绿基因gra75的精细定位和生理特性分析

【目的】对水稻白化转绿突变体gra75（green-revertible albino 75）进行基因定位,并对其生理特性进行分析。【方法】利用EMS处理粳稻品种日本晴（Nipponbare）的迟熟突变体10079,从后代中获得一个白化转绿突变体gra75。对该突变体的形态特征、生理特性及主要农艺性状进行观察与分析,并应用（gra75/浙辐802）的F2群体精细定位目标基因,遴选候选基因。【结果】gra75突变体叶片从第4叶开始表现出白化性状,从第8叶开始恢复到正常绿色,之前白化的叶片也会逐渐转为淡绿色,成熟期主要农艺性状与野生型没有明显的差异。突变体苗期白化叶的叶绿素和类胡萝卜素含量显著下降,叶肉细胞中叶绿体数目减少,并且叶绿体形态发育不饱满,类囊体片层、基粒和淀粉粒数目减少。遗传分析表明该性状是由1对隐性核基因控制,该基因位于第6染色体短臂InDel标记HC1和HC2之间,遗传距离分别为0.06 cM和0.6 cM,物理距离为120 kb。对该区域候选基因分析和测序,发现LOC_Os06g07210基因（编码核糖核苷酸还原酶大亚基RNRL1）在编码区第716位碱基C突变成T,导致其编码蛋白第239位的丙氨酸（Ala）突变成缬氨酸（Val）。【结论】gra75突变体基因与已报道的水稻淡绿叶基因V3（Virescent3）为等位基因,但gra75突变体苗期的白化转绿性状能稳定表达,且白化表型对后期的主要农艺性状影响不显著,故该突变基因作为叶色标记基因在水稻遗传育种中具有较大的应用价值。     

水稻分蘖基因研究进展

分蘖是水稻重要农艺性状之一,又是单子叶植物在生长发育过程中形成的一种特殊的分枝特性,具有重要的发育生物学特性。随着水稻基因组学和分子遗传学研究的快速发展,水稻分蘖基因研究取得大的发展。在水稻分蘖QTL研究方面,目前已经定位了177个QTLs,水稻分蘖QTL的检测和材料、群体类型与环境有很大的关系;在水稻分蘖突变体研究方面,目前已经鉴定出17种类型,并已经成功克隆了一个水稻分蘖基因。     

水稻OsABC1K3突变体鉴定及其对强光胁迫的响应

【目的】强光胁迫能够抑制植物光合作用,严重时造成光合器官破坏,影响作物生长和产量。以T-DNA插入突变体为材料,研究水稻ABC1（activity of bc1 complex）激酶基因OsABC1K3响应强光胁迫的生理功能。【方法】根据水稻基因组注释数据库预测的OsABC1K3不同转录本共有序列设计引物,采用3′ RACE对OsABC1K3可变剪接进行验证;从水稻T-DNA插入序列数据库中获得该基因的T-DNA插入突变体osabc1k3,通过加代繁殖和PCR检测取得纯合突变体,调查突变体株高、结实率、种子大小等农艺性状,采用Arnon法测定叶片色素含量,利用LI-6400便携式光合测定系统测定抽穗期旗叶光合速率,采用透射电镜分析叶绿体超微结构;将生长于300 μmol·m^-2·s^-1光照强度下的野生型和突变体幼苗转移至800 μmol·m^-2·s^-1光照强度进行强光处理,观察植株表型,分析叶绿体超微结构和叶绿素含量变化;用含20 μmol·L^-1甲基紫精（MV）和0.1%吐温20的水溶液喷洒野生型和突变体幼苗叶片表面,以单独用0.1%吐温20喷洒的幼苗作为对照,观察叶片表型,测定处理后超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量;采用实时荧光定量PCR分析突变体淀粉合成、叶绿体异戊二烯基脂合成及叶绿体ABC1激酶基因的表达。【结果】OsABC1K3仅检测到一个转录本LOC_Os05g25840.3。osabc1k3突变体株高和结实率下降,种子变小,其中,粒宽下降了13.4%,粒厚下降了6.8%,千粒重下降了18.2%,而粒长与野生型无显著差异。突变体叶片叶绿素含量下降,而叶绿素a/b和类胡萝卜素含量高于对照。突变体叶绿体形态正常,但缺乏淀粉粒。光合活性分析表明,突变体叶片光合速率与野生型无显著差异。强光处理7 d后,突变体叶片发生黄化;9 d后,部分植株枯死。强光处理后突变体叶绿体类囊体结构紊乱,出现大量的空泡。进一步对叶绿素含量进行测定表明,突变体叶片叶绿素衰减程度显著高于对照。然而,MV处理后突变体叶片坏死程度、SOD活性及MDA含量与野生型无显著差异。此外,OsABC1K3突变影响了叶片淀粉合成、叶绿体异戊二烯基脂合成及叶绿体ABC1激酶基因的表达。【结论】OsABC1K3可能不参与水稻氧化胁迫的防御,而通过遗传控制的信号途径调控强光胁迫响应。     

野生型和Msp1突变体水稻减数分裂期间转录水平上的基因表达分析

【目的】深入探索水稻减数分裂期间配子体发育的分子机理,大规模发掘与水稻配子体发育相关的基因,以便更有把握地利用基因工程手段改造水稻配子体发育的进程。【方法】利用22KAilentcDNA芯片,在全基因组水平上对野生型水稻和Msp1突变体在减数分裂期间表达基因的表达情况进行研究和分析。【结果】有208个基因在野生型和Msp1突变体中的表达差异极显著(P≤0.01,lgRatio≥0.2);对这些基因的核酸序列进行分析、GO(GeneOntology)注释以及功能预测后,将其划归为18个大类,分别涉及到GTP、DNABinding、细胞壁、激酶活性、叶绿体、减数分裂、胚珠、染色体、花粉囊、内膜、细胞分裂、泛素、转运、代谢、蛋白解、Ca2+结合、RNA结合、以及未知功能等;统计分析表明,有99个基因与染色体有关,占总数的47.60%;39个基因与内膜系统有关,占总数的18.75%;有1个基因与减数分裂紧密相关,3个基因与Ca2+结合过程有关;另外有3个基因在Msp1突变体中的表达极显著高于野生型,表明这3个基因很可能参与了绒粘层的发育调控。基因芯片和RT-PCR检测结果表明,水稻基因AK070642特异于绒粘层,说明其参与了绒粘层的发育调控。【结论】研究通过基因芯片技术,将野生型水稻与其Msp1突变体在减数分裂期间表达基因的表达情况进行大规模对比后发现,有208个基因分别从细胞代谢、绒毡层的发育、离子转运、核酸代谢、激酶活性等方面调控水稻的减数分裂过程,为深入理解水稻减数分裂和配子体发育的分子机理提供了实验支撑。     

质体发育分化对植物胚胎发育的影响

植物胚胎发育时期质体的发育及其向叶绿体的转化与胚胎发生之间有着密切关系。近年来,人们利用分子遗传学的方法对胚胎发育的调控展开了广泛的研究,分离到一系列调控胚胎发育的基因,这些基因的突变可导致胚胎在其发育的不同时期出现形态缺陷或致死现象。概述了胚胎发育时期因质体或叶绿体发育缺陷而导致胚胎发育异常（致死）的突变体及相关基因的功能,推测胚胎发育期间细胞器的形成对于保证胚胎的正常发育具有重要作用。     

水稻致死突变体基因克隆与分子机制研究进展

水稻致死突变体主要有叶片白化致死突变体和叶片早衰致死突变体2大类，这2类突变体相关基因的克隆和功能分析对于解析水稻白化致死和早衰致死具有重要意义，主要涉及光合色素的合成与降解、叶绿体发育与调控、蛋白质的合成与降解、激素合成与调控途径、细胞程序性死亡与转录因子调控等相关基因。本文综述了水稻致死突变基因的克隆与分子机制，并分析了它们的育种价值；并提出在阐明水稻衰老调控机制的基础上，从分子水平和栽培技术上设计调控水稻衰老的策略，发掘其育种和生产价值。     

拟南芥叶色突变体F03-06的筛选及突变基因的克隆

植物光合作用是人类赖以生存的基础,叶绿体是植物进行光合作用的重要场所,叶色可作为叶绿体发育状态的标记,叶色突变体是研究光合作用机制的优良系统。通过EMS诱变筛选得到一个拟南芥叶色突变体F03-06,主要表型为叶片黄绿、叶脉深绿色、生长缓慢、株型矮小。遗传分析表明,F03-06突变表型受隐性单核基因控制。利用图位克隆技术,通过粗定位和精细定位发现该突变体表型与拟南芥At5g54810基因的突变体表型相似。对At5g54810基因的测序结果显示,其+865碱基由鸟嘌呤突变为腺嘌呤,从而使编码的丙氨酸变为苏氨酸。At5g54810基因被报道编码拟南芥色氨酸合成酶的β亚基,为进一步研究拟南芥色氨酸合成途径与叶绿体发育之间的调控机制提供了新的遗传材料。     

水稻雄配子不育突变体mga36的鉴定与初步分析

利用Tail-PCR分离1个T-DNA插入导致的水稻配子体不育类型的雄配子不育突变体mga36的侧翼序列。比对结果显示T-DNA插入在水稻第7号染色体上1个未知蛋白基因的内含子区。RT-PCR表达分析发现候选基因MGA36在花粉成熟期的根、茎、叶、小穗中均有表达。扫描电镜观察发现突变体约50%花粉略微凹陷,表明突变发生在花粉发育晚期。综合结果显示候选基因MGA36在水稻花粉发育晚期起重要作用。