水稻白化转绿基因Gra3的精细定位及遗传分析

本研究鉴定到一份水稻苗期白化转绿突变体,该突变体在幼苗的2叶到4叶期会出现叶片边缘白化,4叶期后转绿,对突变体和野生型农艺性状比较研究表明,前期白化不会对植株生长发育及产量等相关性状产生影响;同时,对两者叶绿体超微结构对比分析发现,突变体叶绿体发育在白化期受到一定程度的抑制。通过构建F2分离群体,调查了部分F2单株表型,结果表明白化型和野生型单株符合1:3的孟德尔单基因分离比,遂将该基因命名为Gra3;利用分离群体分析法(bulked segregant analysis,BSA)和隐性群体分析法(recessive-class analysis,RCA)最终将Gra3定位于RM14436和RM14450之间,对应日本晴基因组片段125 kb。该性状可作为一个形态学标记应用于水稻生产。     

一个水稻温度敏感失绿突变体的遗传分析及分子定位

从粳稻品种"嘉花1号"60Coγ射线辐照的后代中筛选到一个水稻温敏感失绿突变体tcm12,在20℃条件下的该突变体第2、3幼叶表现为失绿,第4叶开始完全转绿。而24℃以上条件其表型与野生型嘉花1号一致,呈正常绿色,表明其幼苗叶色表现出失绿是一种温度敏感性。透射电镜观察结果表明,突变体叶绿体在20℃条件下发育不全,而在32℃条件下正常发育。遗传分析表明,突变体的温度敏感失绿性状受1对隐性核基因(tcm12)控制,利用SSR和InDel分子标记以及广占63S/tcm12后代中76株F2突变型植株,将tcm12基因初定位在水稻第12号染色体长臂上的RM519和ID22406之间,然后,进一步利用目标区域内分子标记多态性较好的9311/tcm12组合的F2中分离出的157株突变型植株,最终将tcm12基因锁定在分子标记ID21199和ID21436之间的237kb内。本研究结果为今后对该基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

水稻条斑花叶突变体生态st(t) 的鉴定与遗传定位

利用EMS诱变育成优良籼型恢复系缙恢10号,从其后代中鉴定出一个白色条斑花叶突变体st(t),在三叶期开始表现白斑,拔节期白斑变为不规则线状,一直保持到成熟。突变体叶绿素含量明显下降,类胡萝卜素含量显著升高。透射电镜观察表明,突变体的绿色叶片部位与野生型相比,在细胞结构上无明显差异,叶绿体发育正常;突变体的白化部位细胞结构异常,质体内多含有积聚在一起的嗜锇小球,不能发育出正常叶绿体所具有的类囊体和基质片层结构。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控,利用1 500株西农1A/st(t)的F₂隐性定位群体,最终把St(t)基因定位在第6染色体SSR标记RM19745和RM19762之间,遗传距离分别为0.07 cM和0.27 cM,根据9311基因组序列推测,两标记之间的物理距离约为345 kb。这为St(t)基因的图位克隆和分子标记辅助育种奠定了基础。     

水稻条斑花叶突变体st(t)的鉴定与遗传定位

利用EMS诱变育成优良籼型恢复系缙恢10号,从其后代中鉴定出一个白色条斑花叶突变体st(t),在三叶期开始表现白斑,拔节期白斑变为不规则线状,一直保持到成熟。突变体叶绿素含量明显下降,类胡萝卜素含量显著升高。透射电镜观察表明,突变体的绿色叶片部位与野生型相比,在细胞结构上无明显差异,叶绿体发育正常;突变体的白化部位细胞结构异常,质体内多含有积聚在一起的嗜锇小球,不能发育出正常叶绿体所具有的类囊体和基质片层结构。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控,利用1500株西农1A/st(t)的F2隐性定位群体,最终把St(t)基因定位在第6染色体SSR标记RM19745和RM19762之间,遗传距离分别为0.07cM和0.27cM,根据9311基因组序列推测,两标记之间的物理距离约为345kb。这为St(t)基因的图位克隆和分子标记辅助育种奠定了基础。     

水稻叶片早衰及盐敏感突变体osles的生理分析和基因精细定位

突变体osles (Oryza sativa leaf early-senescence and salt-sensitive)是利用⁶⁰Co辐射诱变籼稻品种自选1号后筛选获得的,该突变体从分蘖期开始叶片就出现早衰,主要表现为叶尖和叶边缘变黄,伴有红褐色斑点。此外,盐胁迫下,不仅突变体叶片卷曲枯萎,而且植株高度和生物量显著降低。与野生型相比,突变体除倒一叶外,倒二叶和倒三叶在分蘖期的叶绿素含量均显著降低,而POD活性则在倒一叶、倒二叶和倒三叶中依次显著升高;突变体3片叶片的MDA含量均高于野生型15%左右。除倒一叶外,突变体的SOD活性均显著高于野生型。此外,突变体和野生型3片叶中的可溶性蛋白含量依次下降,但突变体的倒一和倒二叶中的可溶性蛋白含量显著高于野生型,而倒三叶则相反;遗传分析表明,osles突变性状受一隐性基因控制,借助图位克隆技术将控制该性状的基因精细定位于第6染色体长臂的IN6-005769-11/12和RM20547两个标记之间,物理距离为210 kb,为进一步克隆该基因并揭示叶片的早衰分子生理机制奠定基础。     

水稻温敏型叶片白化突变体tsa1的表型鉴定和基因定位

一个由甲磺酸乙酯(EMS)诱变宁粳36水稻品种获得的温敏型叶片白化突变体tsa1在低温条件下(20~24°C)表现叶片白化,但在较高温度下(28~32°C)叶色与野生型无显著差异。突变体白化叶片中叶绿素a和类胡萝卜素含量与野生型相比显著下降。显微观察发现突变体白化组织中正常叶绿体数量稀少,包含大量小型的异常叶绿体,进一步用透射电镜观察发现异常叶绿体中无发育完整的类囊体片层结构,表明该突变体中叶绿体发育存在严重缺陷。遗传分析表明该突变性状受单个隐性核基因控制。利用tsa1与南京11杂交所得的F₂群体中的368个隐性极端个体,将该突变基因定位于第5染色体长臂163 kb的范围内。本研究为该基因的图位克隆及功能解析奠定了基础。     

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.     

水稻斑点叶突变体spl~(Z97)的生理特性及其基因定位

通过EMS诱变籼稻恢复系珍97获得一个稳定遗传的褐色斑点叶突变体spl~(Z97)(spotted leaf Z97,spl~(Z97))。大田条件下,突变体spl~(Z97)的斑点叶性状始于分蘖期,此后由叶缘向叶中下部迅速扩散,直至整个叶片,严重时叶片部分或整体枯死,从而致使突变体株高、每穗粒数及结实率极显著低于野生型对照。生理分析表明,与野生型珍97相比,孕穗期突变体spl~(Z97)剑叶、倒二叶和倒三叶的叶绿素含量极显著降低,而POD(peroxidase,POD)活性、O_2?~含量及MDA(malondialdehyde,MDA)含量升高;突变体spl~(Z97)倒二叶和倒三叶的CAT(catalase,CAT)活性和可溶性蛋白含量极显著降低,而SOD(superoxide dismutase,SOD)活性则极显著增加。组织化学分析进一步证实,突变体spl~(Z97)的叶片明显累积O_2?~。此外,突变体spl~(Z97)苗期经盐胁迫处理后,其株高及根长明显受到抑制。遗传分析表明,突变体spl~(Z97)的斑点叶性状受一对隐性核基因控制,借助图位克隆技术将该基因定位于第12染色体长臂的RM28466与RM28485两个SSR标记之间,物理距离为189 kb,该结果为进一步克隆SPL~(Z97)基因并研究其功能奠定了基础。     

水稻叶缘白化叶色标记三系不育系云丰88A的选育

云丰88 A是云南省农业科学院用300 Gy的60COγ射线辐射诱变冈46 B种子,以冈46 A为母本,具有白化转绿叶色标记的冈46 B突变体为父本进行杂交,并经过多代择优回交选育而成的苗期携带白化转绿型叶色标记的不育系。该不育系1～3叶期叶缘白化,4叶起开始转绿。云丰88 A育性稳定,农艺性状优良,米质优,配合力强,已于2008年通过云南省农作物品种审定委员会审定。     

水稻白化转绿基因对农艺性状和外观米质的影响

在籼粳交后代中发现一个表现白化转绿(green-revertible albino)的变异材料, 通过连续多代选留杂合株, 最终育成一对白化转绿近等基因系Gra和gra。用120个InDel标记进行的多态性分析表明Gra和gra的近等性良好。通过比较近等基因系间叶绿素含量、农艺性状、外观米质发现, 白化转绿基因gra(t)直接降低4叶1心期叶绿素含量近半, 使苗期叶色失绿, 间接影响移栽期白根数、出叶速度、分蘖能力, 最终使有效穗降低, 单株产量降低过半; 近等基因系间, 叶片长宽差异有的显著有的不显著, 株高、穗实粒数、结实率、千粒重未受明显影响; 白化转绿基因对米粒长、宽和垩白率无显著影响。     

一个控制水稻叶色白化转绿及多分蘖矮杆性状基因hw-1(t)的鉴定

通过空间诱变从光身稻品种Francis的M₂群体中发现一株叶色白化转绿、多分蘖矮秆突变体hfa-1。hfa-1在三叶期之前完全白化,随后转绿。白化转绿表型受生长发育和温度调控。亚细胞结构观察发现hfa-1叶绿体发育异常抑制叶绿素合成,造成光合效率降低,产生白化表型。hfa-1的多分蘖表型是由于高节位分蘖芽激活所致,初步鉴定与苗期叶片IAA (吲哚乙酸)含量无关。hfa-1的矮生性则由节间长度缩短所致,与苗期GA (赤霉素)的合成和信号传导无关。遗传分析表明hfa-1的白化转绿、多分蘖矮秆表型受单隐性核基因hw-1(t)控制。利用hfa-1与粳稻品种02428杂交获得的F₂群体将hw-1(t)定位在水稻第4染色体长臂上两个InDel标记HW27和HW7间46.9 kb的物理距离内,该区域有13个阅读框架,其中LOC_Os04g57320编码IMMUTANTS蛋白,推测为hw-1(t)的候选基因。     

水稻单叶独立转绿型黄化突变体grc2的鉴定与基因精细定位

转绿型叶色突变体是研究植物叶绿体分化与发育的基础材料。grc2是利用60Co-γ射线诱变籼型三系保持系T98B后获得的单叶独立转绿型黄化突变体。grc2植株上任一叶片刚抽出时为黄色,在生长10 d左右后变绿,具有单叶不依赖于植株特定发育阶段而独立转绿的特性。与野生型T98B相比,grc2黄化叶片的总叶绿素和叶绿素b含量显著降低,叶绿体滞留在黄化质体阶段,表明grc2可能在叶片早期发育中起关键作用。遗传分析表明,grc2受1对隐性核基因独立控制;利用源于grc2/Nipponbare的F2群体的960个突变单株,将grc2基因定位在STS标记S254与S258之间约31 kb的范围内,该区域含有5个未报道过的注释基因。这些结果为grc2的克隆及功能研究提供了重要信息。     

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。     

陆地棉亚红株突变的质量遗传规律研究

分析了陆地棉亚红株突变体的淡红叶性状与当日红花性状的质量遗传规律,结果显示,淡红叶性状是受一对不完全显性基因控制的质量性状。连锁分析表明:淡红叶性状与当日红花性状完全连锁,是受同一对显性基因控制的质量性状;淡红叶与棕絮性状符合两对性状完全独立分离规律,不存在连锁遗传关系。等位性测定显示,淡红叶性状与经典红叶性状杂交后代,符合两对显性基因控制的独立分离理论比例,表明控制亚红株突变的基因与控制经典红叶的R1基因不在同一基因位点。根据以上试验结果,推定陆地棉亚红株突变是一个新的质量突变性状,暂将它的基因符号定为RS。     

水稻温敏型叶片白化转绿突变体tsa2的表型鉴定与基因定位

水稻温敏型叶色突变体是研究植物光合作用、叶绿体结构和功能以及温度影响叶绿体发育的理想材料。利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼型水稻(OryzasativaL.)三系保持系西农1B,从其后代中筛选到一个突变性状稳定遗传的温敏型叶片白化转绿突变体tsa2 (temperature-sensitive green-revertible albino 2)。与野生型相比, tsa2突变表型受温度影响, 22°C条件下萌发的野生型幼苗表型正常,而tsa2幼苗完全白化,且约40%白化苗死亡,存活白化苗的光合色素含量、光合速率均显著降低,成熟期主要农艺性状均显著变劣;在28°C下萌发的tsa2幼苗叶片呈浅绿色并伴有白条纹,其光合色素含量显著降低,光合速率及主要农艺性状差异较小; 32°C下萌发的tsa2幼苗叶片无明显差异。透射电镜观察显示,与野生型相比,tsa2在22°C下叶肉细胞中无叶绿体或存在异常发育叶绿体(尚未分化出基粒和基层),在28°C下部分叶肉细胞含少量发育完整的叶绿体,在32°C下叶肉细胞数量及形态均正常。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,与野生型相比,tsa2突变体中部分光合色素代谢途径基因、叶绿体发育相关基因及光合作用相关基因的表达水平呈不同程度变化。遗传分析表明, tsa2突变表型受一对隐性核基因控制, TSA2被定位于第5染色体SSR标记S5-57和S5-119之间,物理距离为718 kb。本研究为水稻遗传改良及研究温度影响叶绿体发育机制奠定了基础。     

一个水稻显性斑点叶突变体的鉴定和基因精细定位

通过EMS (ethane methyl sulfonate)诱变籼稻品种IR64获得一个稳定遗传的显性斑点叶突变体HM113。在大田环境下,突变体褐色斑点在播种后3周的叶片上产生,始穗期扩散至叶鞘。与野生型IR64相比,突变体HM113的株高、结实率和千粒重等农艺性状显著下降,光合色素含量、净光合速率和可溶性蛋白含量显著降低。同时突变体CAT和SOD活性显著降低,POD活性显著上升。组织化学分析显示,突变体叶片中积累了大量活性氧,且斑点处细胞坏死。白叶枯病菌接种结果显示,HM113是一个广谱抗性增强的突变体。实时定量PCR分析表明HM113中防卫反应基因AOS2、PAL4、PR10和PR1b等的表达大幅上调。遗传分析表明,突变体褐斑性状受单显性基因(Spl^HM113)控制,利用图位克隆法将该基因定位在第7染色体长臂RM21605和RM418之间,物理距离约为308 kb。本研究为褐斑基因Spl^HM113的克隆与功能分析奠定了基础。     

6个水稻叶色白转绿光温敏核不育突变体的育种研究

为了明确水稻叶色白化转绿光温敏核不育突变系的育种应用价值,此文对通过辐射诱变获得的具有白化转绿特性的6个光温敏核不育系的遗传及其生物学特性进行了研究。结果表明,6个突变体可分为3种类型：白化转浅绿类型（21W4）、白化转绿类型（21W7、21W9和21W13）和白化转黄绿类型（21W1和21W10）。21W1的叶色变化特性是由一对显性基因控制的,21W4、21W7、21W9、21W10和21W13的叶色变化特性是受一对隐性基因控制的。6个突变体在穗长、倒二叶、有效穗、播始历期、颖花宽、柱头单边外露率和柱头总外露率方面与对照品种“SE21S”有所差异,但它们均保持了“SE21S”的育性转换特性。突变体的杂种具有与原杂交稻相似的株叶形态和株高生长动态,产量构成因素依不同的突变系而表现不同,其中21W1、21W4、21W9和21W10的杂种具有较高的产量潜力,有较好的育种利用价值。     

水稻叶色白化转绿及多分蘖矮秆突变体hfa-1的基因表达谱分析

hfa-1的白化转绿、多分蘖矮秆表型受单隐性核基因hw-1(t)控制。该基因编码含线粒体交替氧化酶AOX结构的叶绿体蛋白,通过参与叶绿体呼吸电子传递链,对类胡萝卜素生物合成途经及其次生代谢途径进行调控。本研究对hfa-1突变体叶色白化转绿过程中的类胡萝卜素生物合成途径、与该途径有关的植物激素代谢途径的相关基因进行表达分析,并分析了hfa-1突变体在白化、转绿两个时期的基因表达谱。结果表明,类胡萝卜素、植物激素(GA、ABA和SL)生物合成相关基因在hfa-1突变体白化期叶片中表达量减低,暗示hw-1(t)基因的突变抑制了苗期类胡萝卜素合成,同时还对涉及该过程相关多个次生代谢途径产生影响。通过基因表达谱芯片和功能分类分析,发现hfa-1叶色白化转绿过程中上调和下调表达基因涉及的生理过程主要在光合作用、应对内源刺激物和胁迫响应等方面;其中电子传递体Cytb6/f复合蛋白合成相关基因上调表达明显,推测Cytb6/f蛋白复合体在电子传递和质醌库还原氧化上对hw-1(t)起一定的补偿功能。