水稻斑马叶突变体zl7的鉴定与基因的精细定位

【目的】斑马叶突变体作为水稻叶色突变体的重要种质资源,是研究植物光合作用机制和高光效育种的理想材料,对于解析光合作用机理和提高水稻产量具有重要意义。【方法】用甲基磺酸乙酯（EMS）诱变粳稻品种春江06建立突变体库,从突变体库中筛选到1份苗期为斑马叶的突变体,该突变体被命名为zl7(zebra leaf7)。在常规大田种植条件下分别比较突变体与野生型在苗期、抽穗期和成熟期叶色表型和产量性状差异,通过透射电镜实验分析叶片叶绿体发育情况,利用图位克隆方法克隆候选基因,利用荧光定量PCR方法分析参与叶绿素合成和叶绿体发育相关基因的表达水平。【结果】从苗期开始,突变体zl7表现出典型的斑马叶,叶绿素含量降低,直到抽穗期,斑马叶表型消失,叶片逐渐复绿,叶绿素含量无明显差异。光合速率测定和电镜观察结果显示,突变体zl7的光合速率、气孔导度下降,叶绿体发育异常。与野生型相比,突变体的株高、分蘖、穗长、一次枝梗、二次枝梗和每穗粒数均显著降低,而粒长、粒宽和千粒重均略有增加。荧光定量PCR结果表明突变体中参与叶绿素降解相关基因的表达量显著升高,而参与叶绿素合成和叶绿体发育相关基因的表达量显著降低。遗传分析...     

水稻雌性败育基因FA的图位克隆

目的 对水稻胚囊突变体的表型观察、遗传定位和基因克隆,将为研究植物生殖发育奠定理论基础。方法 从粳稻品种宁粳4号突变体库中筛选出一个雌性败育突变体female abortion(fa),对野生型和突变体不同发育时期的胚囊进行细胞学观察并统计胚囊类型。以突变体杂合型为母本,N22为父本构建定位群体,对该表型进行遗传分析,采用图位克隆方法精确定位目的基因。结果 表型分析显示,突变体雌蕊在外观上没有表现出差异,但成熟时植株完全不育。与野生型相比, 该突变体胚囊发育异常,不能形成七细胞八核胚囊结构,而且形成多种类型的异常胚囊。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。我们将该基因初定位在第1染色体的分子标记L1和L3之间,通过扩大定位群体,最终将基因定位在分子标记L10和L11之间,物理距离为117 kb。测序分析发现该区间内LOC_{_}Os01g68870外显子上有一个单碱基替换,由胸腺嘧啶(T)替换成胞嘧啶(C),氨基酸由亮氨酸变为脯氨酸,从而导致该表型的出现。qRT-PCR结果显示,相对于OsMADS13、OsAPC6、OsTDL1A基因在突变体fa胚囊中表达量而言,OsDEES1基因在突变体fa胚囊中表达量变化最为显著,FA可能是OsDEES1的上游基因。亚细胞定位结果显示,该蛋白定位于质膜。结论 FA是多孢囊基因MULTIPLE SPOROCYTE 1(MSP1)的新等位基因。本研究进一步明确了该基因对于水稻胚囊发育的重要性,可为探明它所在的调控网络体系提供新的线索。     

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。     

一个新的玉米叶色突变体的遗传分析及基因定位

在玉米自交系81647中发现了一个叶色突变体,该突变体在苗期叶片表现出黄绿色,随后叶片上出现坏死斑,短时间内植株萎蔫死亡。遗传分析表明,该突变性状由1对隐性基因控制,命名为nec-t(necrotic-temporary)。以玉米自交系B73与nec-t突变体的F2分离群体作为定位群体,利用SSR标记将该基因定位在第2条染色体的K2和K14之间(SSR标记),其物理距离约为2.52 Mb。     

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。     

紫叶水稻苗期叶色的遗传研究

紫叶水稻苗期叶色的遗传研究牟同敏，李春海，杨国才，卢兴桂（湖北省农业科学院粮食作物研究所，武汉４３００６４）关键词：遗传分析；叶色；紫叶水稻ＧｅｎｅｔｉｃａｌＳｔｕｄｉｅｓｏｎＳｅｅｄｌｉｎｇＬｅａｆＣｏｌｏｒｉｎＰｕｒｐｌｅＲｉｃｅ￥ＭｏｕＴｏｎｇ...     

两个垩白突变体的鉴定及突变基因的图位克隆

【目的】研究两个水稻垩白突变体胚乳垩白的形成机制,为稻米品质改良提供理论基础。【方法】以从中花11的EMS突变体库中筛选出的两个稳定遗传的垩白突变体eb6、eb7为材料,对其进行农艺性状、稻米理化性质和遗传学分析,并利用eb6与南京11衍生的F2群体对控制垩白的基因进行图位克隆。同时对候选基因的表达模式及淀粉合成相关基因在突变体及野生型中表达情况进行了分析。【结果】与野生型相比,两个突变体胚乳中央部位呈现白色且不透明,淀粉复合颗粒形状不规则且排列疏松,而突变体胚乳边缘部位与野生型无异,都为半透明状,淀粉复合颗粒呈多面体且排列致密。相对于野生型,突变体eb6、eb7成熟种子中的直链淀粉含量和胶稠度显著降低,蛋白质含量显著升高。RVA谱分析显示突变体淀粉黏滞性明显低于野生型。同时,支链淀粉聚合度分析显示突变体eb6中聚合度(DP)小于16的短链显著增加,DP为16~23的中长链显著减少。遗传分析表明突变体eb6、eb7胚乳垩白表型由单隐性核基因控制,并且它们为一对等位突变体。利用突变体eb6与南京11杂交衍生的F2群体将突变体基因定位在第1染色体长臂上物理距离86.6 kb的区间内。该区间包含22个开放阅读框(ORF),其中ORF13编码腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶大亚基2(Os AGPL2)。序列分析发现eb6与eb7分别在Os AGPL2第3、第7外显子上发生1个单碱基替换,并分别导致一个氨基酸替换。RT-PCR及原位杂交结果显示,Os AGPL2主要在水稻发育中的籽粒中表达。同时Os AGPL2的突变导致了多个淀粉合成相关基因在水稻籽粒灌浆过程中的表达模式发生改变。【结论】突变体eb6、eb7籽粒胚乳出现严重垩白表型为Os AGPL2突变所致。本研究进一步证明了Os AGPL2在调控水稻籽粒胚乳中淀粉的合成、淀粉复合颗粒的形成及稻米理化性质的平衡中起着重要的作用。     

水稻雌雄不育突变体Osfma2的细胞学观察及基因图位克隆

【目的】通过构建分离群体定位并克隆水稻雌雄不育基因OsFMA2,并对其在水稻育性调控中的功能进行探究。【方法】通过EMS诱变水稻宁粳4号得到稳定的不育突变体,对突变体进行表型及细胞学观察,利用精细定位和Mut-map相结合的方法克隆了水稻雌雄不育基因OsFMA2,通过实时荧光定量PCR检测其在各组织表达水平差异,利用水稻原生质体表达系统进行OsFMA2蛋白的亚细胞定位。【结果】细胞学观察发现突变体为雌雄不育。利用极端个体将其精细定位于水稻第6染色体长臂448 kb的区间内。结合全基因组重测序结果,最终确定OsFMA2为目标基因。该基因编码一个复制蛋白,在单子叶植物中高度保守。OsFMA2具有组织特异性,在幼穗中高表达。亚细胞定位结果显示OsFMA2蛋白定位于细胞核中。【结论】OsFMA2在幼穗中高表达,可能参与了水稻雄配子第一次减数分裂前期同源重组过程,同时,OsFMA2的表达对雌配子发育也产生了不利影响。     

一个水稻颖壳扭曲突变体的遗传分析与基因定位

 从水稻育种后代材料中获得1个颖壳扭曲突变体Osth (twisted hull)。遗传分析结果表明,该突变性状由单核基因隐性突变造成。以突变体与颖壳正常籼稻R725杂交的F2群体为基因定位群体,利用SSR标记将突变位点定位在第2染色体上的SSR标记RM14128与RM208之间,遗传距离分别为1.4 cM 和2.7 cM。这些结果为该基因的精细定位和克隆以及研究水稻花发育的分子机理奠定了基础。     

水稻淡褐斑叶突变体lbsl1的遗传分析与基因定位

 通过EMS诱变籼稻品种IR64获得一个稳定遗传的淡褐色斑点叶突变体lbsl1（light brown spotted leaf 1）。在自然条件下,突变体播种后10~14 d,叶片上出现淡褐色斑点,随后逐渐扩散至全叶,第1叶至剑叶上均有淡褐色斑,为全生育期性状。斑点性状的表达对株高、生育期、结实率和千粒重等农艺性状具有显著的影响。遗传分析结果表明,该淡褐色斑点叶性状受一个隐性核基因控制。将突变体lbsl1与正常叶色水稻Morobereken杂交构建F2定位群体,利用SSR标记,最终将该淡褐叶基因lbsl1(t)定位在第6染色体短臂上一个约130 kb的区段上。定位的结果和发展的群体为该基因的进一步精细定位和克隆奠定了基础。     

水稻多分蘖矮秆突变体d63的遗传分析与基因定位

 多分蘖矮秆突变体d63来源于SARⅢ二倍体与明恢63杂交得到的双胚苗株系的自然突变。与野生型相比,其株高显著下降,分蘖明显增多,剑叶变细变短,结实率和千粒重均大幅下降。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性单基因控制。该基因位于水稻第8染色体短臂上距离RM22195约0.4 cM的位置。用水稻基因组注释软件Rice Genome Annotation预测,发现从端粒区至RM22195间共有14 个注释基因,未发现已经报道的与株高、分蘖相关的同源基因。因此,推测D63可能是一个未被报道的新基因。     

水稻短根毛突变体ksrh1的遗传分析和基因定位

从EMS诱变的籼稻品种Kasalath突变体库中筛选获得了一个短根毛突变体,命名为ksrh1。该突变体在苗期表现为根毛变短,除此之外其表型与野生型没有显著差异。遗传分析表明,该突变性状受1个隐性单基因控制。将突变体ksrh1与粳稻品种日本晴杂交构建F2定位群体,利用已公布的水稻SSR标记和自行设计的STS标记对突变位点进行基因定位,最终将KSRH1定位在水稻第1染色体长臂上的S3578和S3584之间,物理距离约为67kb。     

水稻卷叶半不育突变体的鉴定及初步遗传分析

利用EMS诱变获得一个武运粳21背景下稳定的卷叶半不育突变体rlms1。与野生型相比,突变体结实率极显著降低,只有40.6%,呈现半不育;株高极显著降低,籽粒宽度显著变窄,叶片卷曲度极显著增大;在叶片卷曲处,突变体的泡状细胞数量减少、体积减小,叶肉细胞排列紊乱,且厚壁细胞数量更多,导致叶片向内卷曲;突变体花粉可染率仅为70.4%,低于野生型的96.7%;遗传分析表明,卷叶半不育突变性状受1对隐性核基因控制。研究结果为该突变体的基因克隆和功能分析奠定了基础,为水稻株型改良提供了新的资源。     

水稻半显性矮秆基因Si-dd1的表型分析和精细定位

以粳稻品种日本晴在组织培养过程中分离出来的一个半显性矮秆突变体Si-dd1为研究对象,通过形态学分析,发现与野生型日本晴相比,矮秆Si-dd1(AA)和半矮秆Si-dd1(Aa)植株的株高降低。结实率下降,生育期延长,一次枝梗和二次枝梗增加。激素处理结果表明突变体Si-dd1(AA)与野生型对油菜素内酯反应基本相同,而在高浓度赤霉素处理下,突变体Si-dd1(AA)表现为一定程度上的钝感。Western blot对GID2表达量分析也确定这一结果。组织切片实验表明,突变体Si-dd1(AA)相对于野生型叶片主脉气孔变小,叶肉细胞增多,茎维管束数目增加。遗传分析结果表明该突变体基因受一对核基因控制。进一步利用分子标记将该基因定位在水稻第6染色体约244 kb区间内,目前该区段并未发现已报道的矮秆相关基因。     

水稻紫叶突变体PLM的表型与遗传研究

从爪哇稻香大粒中发现一紫叶突变体PLM,通过与绿叶水稻C181杂交,对PLM及其后代进行遗传、色素和品质的分析。结果显示：PLM紫叶突变体为隐性单基因遗传。与绿叶植株相比,PLM及其后代紫叶群体的花青素含量显著增加,叶绿素总量也有一定的增加：PLM子粒的长宽比为3.09,达到国标一级：其垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量和胶稠度均低于国标三级,表现较差;在其杂交后代中,品质性状得到了一定改善。PLM是一优良的标记供体材料。     

一个水稻双子房突变体的表型鉴定和遗传分析

在籼稻保持系C2与绵香5B的杂交后代中发现了一个植株显著矮化的双子房突变体。该突变体花器官主要表现为：雄蕊数目减少,雌蕊增加,双子房,多柱头,胚囊畸形,有雄蕊雌蕊化现象。由于其高度不育,突变性状采用杂合体保存,经5代连续自交,均表现稳定遗传特性。同时,杂合株系呈典型的3∶1分离比例,表明该突变性状由单隐性基因控制,并将该突变体暂时命名为TOR。     

水稻着丝粒附近一个淡绿叶突变相关基因的定位分析

在T DNA插入水稻突变体库中,发现了一个以日本晴为遗传背景的温度钝感型淡绿叶突变体pgl2（pale green leaf 2 ）。遗传学分析表明该突变性状由1对单隐性核基因控制。利用突变体与籼稻品种龙特甫杂交,构建F2群体对突变基因进行精细定位。初步定位结果显示目的基因与第8染色体上SSR标记RM331连锁,在该标记附近发展了14对INDEL标记,将突变基因进一步定位于着丝粒上2.37 Mb的区间,并对该区间候选基因进行了分析。突变体叶绿素的总量与对照相仿,但是叶绿素a/b比值趋于1,明显低于对照。推测突变基因可能与叶绿素a、b间的转化有关。还就着丝粒中基因定位的引物设计方法进行了讨论。     

InDel和SNP标记在水稻图位克隆中的应用

在水稻功能基因的图位克隆中,常需要高密度的分子标记,而目前公布的各种标记的密度还远未达到令人满意的程度。InDel和SNP标记是新型的分子标记类型,基本可以满足精细定位目的基因的需要。InDel和SNP标记可以较容易地通过生物信息学的方法获得,而且经济实用、特异性高、稳定性好。介绍了设计InDel和SNP标记的方法,并以一个水稻卷叶基因的研究为实例,介绍了在基因精细定位研究中利用这两种标记的方法和提高标记设计成功率的注意点。     

一个水稻类树稻突变体(leafy head 3)基因的精细定位

 从常规粳稻常优94后代中筛选到一份自然突变的抽穗期延迟的类树稻突变体lhd3（leafy head 3）。在短日照条件下,与野生型比较,lhd3突变体在生长后期,上部节间会继续长出叶片（一般为3片）和高位分蘖,类似于树的侧枝生长,抽穗期延迟,但基部分蘖数不受影响。经典遗传分析表明,lhd3与籼稻南京6号的F2群体中,正常植株与类树稻植株的分离比符合3∶1,说明此性状受单隐性基因控制。利用该群体进行图位克隆,将LHD3基因定位在水稻第1染色体短臂的两个新发展的STS标记wpla3和wpla25之间。再利用5个新发展的STS和CAPS标记,最终将该基因精细定位在WX6和CAPS1两个标记之间,物理距离约为60 kb。通过水稻基因组注释系统共预测到10个开放阅读框（ORF）。对该基因的进一步克隆将有助于阐明水稻生育期和叶原基发育调控机理。     

水稻叶色突变体的稻米理化品质和配合力分析

 利用300 Gy 60Co-γ射线辐照籼型保持系龙特甫B和Ⅱ32B，获得了多种类型的叶色突变体（分别记为LBn和ⅡBn）。对其中的13个LBn和7个ⅡBn的稻米理化品质测定结果显示，LBn的表观直链淀粉含量（AAC）、碱消值（ASV）和胶稠度（GC）与亲本差异不显著。但淀粉粘滞特性（RVA谱）变异较大。而在ⅡBn中，ⅡB11的AAC、ASV和GC与亲本Ⅱ32B有极显著差异；ⅡB9的GC也与亲本差异极显著。ⅡB11和ⅡB9的RVA谱也与Ⅱ32B存在差异。配合力分析表明，由突变体LB3和ⅡB2转育而成的带叶色标记不育系LA3和ⅡA2的配合力与各自的亲本相仿。