一个水稻黄绿叶突变体ygl10的遗传分析和基因定位

以籼稻93-11为背景的水稻突变体中发现一个黄绿叶突变体(yellow-green leaf,ygl10)。形态分析表明,与野生型93-11相比,ygl10突变体株高、穗长降低,结实率下降。叶绿素含量测定表明,ygl10突变体中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均极显著降低,其中叶绿素b降幅最大,只有野生型的2%。叶绿体超微结构观察表明,突变体中类囊体和基粒片层数量明显减少。遗传分析结果表明,该黄绿叶突变体由一隐性核基因控制。进一步利用分子标记将ygl10定位在水稻第10染色体约380kb的区段内。对该区段内存在的ORF进行序列分析,发现编码叶绿素a氧化酶(chlorophyll a oxygenase)基因(OsCAO1)的第9个外显子存在5个碱基缺失,从而导致提前出现终止密码子,推测CAO1即为ygl10的候选基因。     

水稻黄绿叶突变体ygl11(t)的生理特性和基因克隆

在水稻品种南粳41中发现了一个黄绿叶自然突变体,经过多代连续自交形成了稳定的突变系,命名为ygl11(t),ygl11(t)整个生育期叶片都表现为黄绿色。对苗期、分蘖盛期、齐穗期突变体和野生型的叶绿素含量进行测定,ygl11(t)的叶绿素含量是野生型的45.7%~74.7%,叶绿素a含量是野生型的55.2%~87.5%,叶绿素b含量是野生型的12.5%~25.3%,ygl11(t)的类胡萝卜素的含量是野生型的62.3%~97.0%。ygl11(t)在分蘖盛期的净光合速率显著高于野生型,花后10d,ygl11(t)的净光合速率比野生型略低。对突变体叶片中叶绿体的超微结构进行观察,发现突变体叶绿体内的类囊体基粒片层数目减少且严重扭曲变形。遗传分析表明,ygl11(t)叶色性状受1对隐性核基因控制。利用SSR分子标记将YGL11(t)初步定位在水稻第10染色体的长臂上,进一步利用新开发的InDel和CAPS标记将YGL11(t)定位在58.1kb的物理距离内。对该区段内存在的开放阅读框进行序列分析,发现突变体ygl11(t)中编码叶绿素a氧化酶(chlorophyll a oxygenase 1)基因(OsCAO 1)的第9个外显子存在2个碱基缺失,从而导致提前出现终止密码子,初步分析OsCAO1即为YGL11(t)的候选基因。     

大麦黄绿叶色突变体ygl的农艺性状及其调控基因初步定位

叶色突变是植物界广泛存在的一种现象,突变株系是解析植物光合作用和光形态建成等过程的理想材料。大麦黄绿叶色突变体ygl是本课题组在鄂大麦934的EMS突变体库中筛选获得的,该突变体的叶色在整个生育期都较野生型浅,而且苗期呈现黄绿色,后期表现为浅绿色。与野生型相比,ygl株高和千粒重分别表现为极显著和显著降低,其它重要产量性状,如穗数、穗长和穗粒数等无显著变化。进一步分析发现,ygl苗期叶片中基粒类囊体严重线性化,叶绿体超微结构受损。以正常叶色大麦品种Harrington和黄绿叶色突变体ygl为亲本构建了F_2分离群体,对F_2群体及其衍生的F_(2:3)家系进行分析发现,该性状由一个隐性核基因控制,命名为HvYGL(yellowgreenleaf)。利用上述F_2群体,通过基于SSR的BSA法,将该基因初步定位在大麦3H染色体上12.7 cM的区间内,其中 Bmag0209、 EBmac0871和 Bmag603三个标记与黄绿叶色性状共分离。     

大豆波状卷叶新种质NWL1特性鉴定与基因定位

为给大豆叶发育研究及株型改良提供新的基因资源及相关信息,通过对大豆波状卷叶新材料NWL1的性状评价与基因定位,比较NWL1与野生型之间形态农艺性状、光合生理特性的差异,并对波状卷叶控制基因进行基因定位。结果表明:突变体NWL1植株自第3片复叶起叶缘呈波浪状,切片观测发现其叶脉表皮细胞排列不规则;农艺性状调查发现杂交后代波状卷叶植株的株高及产量构成因子性状值均低于野生型,但也存在单株荚、粒数较多的波状卷叶单株可供选择。2个杂交组合后代的遗传分析表明该波状卷叶性状受两对隐性基因wl1、wl2控制,还发现所有波状卷叶植株均为灰毛,表明茸毛色与波状卷叶基因紧密连锁或共分离。利用W82×NWL1群体F2群体77个隐性单株,将wl1基因定位在第6号染色体上SSR标记BARCSOYSSR_06_0971和BARCSOYSSR_06_1008之间约1. 0 Mb区间。从定位区间的56个候选基因中选出调控黄酮醇苷表达的茸毛色基因Glyma. 06G202300,测序发现NWL1等突变材料中该基因第三个外显子中第79个碱基A缺失,致其后氨基酸序列改变。wl2被定位在第7号染色体SSR标记AF186183和BARCSOYSSR_07_1143之间,二者遗传距离为25. 1 c M。     

水稻淡绿叶基因PGL11的鉴定与精细定位

【目的】叶片是水稻进行光合作用的主要场所,叶片颜色的变化与水稻的生长发育直接相关。发掘水稻叶色突变体,是水稻功能基因组学研究的重要遗传基础。【方法】利用EMS诱变日本晴获得一个能稳定遗传的淡绿叶突变体,暂命名为pgl11(pale green leaf 11)。在不同生育期测定野生型与突变体的叶绿素含量。在苗期,取野生型与突变体叶片进行叶绿体结构的透射电镜观察。在分蘖期,测定野生型与突变体的光合参数并观察气孔结构。在成熟期,测定野生型和pgl11的主要农艺性状。以pgl11为母本,南京6号为父本构建相应的F2群体,采用图位克隆的方法,对该基因进行定位。【结果】从苗期开始,突变体pgl11的每一片新叶均表现为淡绿色,叶绿素含量显著降低,叶绿体发育异常。随着叶片的生长,叶色由淡绿逐渐转绿,至抽穗期时叶绿素含量亦无明显差异。pgl11还表现光合速率、气孔导度明显下降,胞间CO_2浓度上升。扫描电镜观察发现,突变体pgl11的气孔发育异常。与野生型相比,突变体的农艺性状如株高、剑叶宽、二次枝梗数、每穗粒数、粒长、粒宽、千粒重以及结实率等均显著降低。对叶绿素合成、光合作用以及质体发育相关基因的表达量测定表明,突变体pgl11中参与叶绿体转录和翻译相关基因的表达量显著升高,而叶绿素合成和光合作用相关基因的表达量显著下降。遗传分析表明,该突变表型受一对隐性核基因控制。通过图位克隆的方法将该基因定位于第1染色体上的C6和C8标记之间,物理距离约为110 kb。【结论】该定位区间内未见有叶色相关基因报道,推测PGL11基因可能是一个新的水稻叶色基因。     

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。     

一个水稻低温移栽白条纹突变体wltt的鉴定和基因定位

【目的】叶色突变相关基因的鉴定与克隆为研究叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用等分子机制提供理论基础。【方法】从常规粳稻镇糯19杂交后代中分离出一个低温移栽后叶色转成白条纹的自然变异突变体,命名为wltt (white stripe leaf after transplanting at low temperature)。成熟期测定野生型和wltt的主要农艺性状,分别在苗期、移栽后15 d和同时期直播条件下测定新生叶片的色素含量并观察叶绿体的超微结构;将wltt和野生型正反交进行遗传分析;用wltt与籼稻9311杂交产生的F_2作为定位群体进行基因定位;采用RT-qPCR分析叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用相关基因在野生型和wltt中的表达水平。【结果】wltt突变体在苗期表现正常绿色,移栽15 d后心叶出现白条纹叶表型,至分蘖末期心叶叶色恢复;而不经移栽,突变体不会出现白条纹叶。人工模拟实验表明该表型是由低温条件下根损伤引起的。与野生型相比,wltt突变体移栽后的新生叶色素含量显著降低,光合速率下降;同时株高变矮,穗长、剑叶长和每穗粒数均显著降低。叶绿体的超微结构显示,突变体的叶肉细胞中,仅少数细胞含有正常的叶绿体,其余大部分叶肉细胞不含叶绿体。进一步研究发现,突变体中部分光合系统相关基因和叶绿体发育相关基因表达下调,叶绿素生物合成相关的14个基因表达也下调。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。利用wltt突变体/9311的F_2群体,将该基因定位于水稻第2染色体着丝粒附近853kb区间内。目前,该区间内没有叶色相关基因的报道。【结论】WLTT是低温条件下移栽调控叶片转色的关键基因,在叶绿体发育过程中发挥重要作用。     

水稻白条纹突变体st13的表型分析及基因定位

【目的】叶色突变相关基因鉴定和克隆有助于研究光合作用,补充并完善叶绿体发育机理和色素合成代谢途径,为开展水稻的高光效育种提供理论依据。【方法】从粳稻品种Dongjin的组培后代中分离出一个白条纹突变体st13,成熟期测定野生型和st13的主要农艺性状,苗期测定色素含量并观察叶绿体的超微结构;将st13和Dongjin进行正反交,观察F_1植株表型,并对F_2表型分离进行卡方检验,对st13进行遗传分析;利用st13×南京11(籼稻品种)的F_2和F_(2:3)群体,对st13突变基因定位;采用qPCR分析叶绿体发育和叶绿素合成相关基因在st13与野生型相对表达量。【结果】与野生型Dongjin相比,该突变体的株高、单株有效穗数、穗长、结实率和千粒重等主要农艺性状显著下降。苗期的色素含量降低,分蘖期无差异。突变体的叶绿体中既有含丰富的类囊体膜结构的正常叶绿体,也存在无类囊体结构的叶绿体。遗传分析和基因定位结果表明,st13的突变表型受1对隐性核基因控制,突变基因位于第3条染色体长臂InDel(Insertion-Deletion)标记I3-21和I3-22之间。进一步在这两个标记之间设计了6对InDel标记,最终将基因定位在94kb区间内,此区间共有8个候选基因。【结论】这8个候选基因中,有5个假定的蛋白,其他三个都是有功能注释的蛋白,而这三个蛋白在水稻中均未见报道,因此,st13突变是由一个新的叶色基因突变引起的;同时st13中叶绿体发育、叶绿素合成和光合系统相关基因的表达也发生了显著改变,推测ST13可能是调控叶绿体发育的关键基因。     

水稻黄叶早衰突变体osyes1的生理特性和基因定位

【目的】叶片是水稻进行光合作用最重要的器官。叶色突变体是研究光合作用、叶绿素合成代谢和叶绿体发育的重要材料。【方法】利用⁶⁰Co辐射诱变中籼恢复系自选1号,获得黄叶早衰突变体osyes1。幼苗期对突变体和野生型进行外源H₂O₂处理。抽穗期对突变体和野生型叶片进行超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、活性氧含量、丙二醛含量、可溶性蛋白含量、叶绿素含量、净光合速率测定以及透射电镜观察。成熟期考查突变体和野生型的主要农艺性状。以osyes1/02428的F₂群体中的隐性单株为作图群体,利用图位克隆方法定位OsYES1基因。【结果】osyes1的突变性状始于3~4叶期,水稻抽穗后,所有叶片均表现为黄叶衰老症状,致使突变体株高、穗长、每穗粒数及结实率极显著低于野生型对照。与野生型对照相比,突变体幼苗对外源H₂O₂更敏感。生理分析表明,孕穗期野生型倒3叶的叶绿素含量、过氧化物酶和过氧化氢酶活性极显著低于倒2叶和剑叶,而突变体的含量则极显著低于野生型且依次极显著降低;与野生型相比,突变体剑叶、倒2叶和倒3叶的丙二醛、H₂O₂和O₂^-含量极显著增加,而可溶性蛋白含量则相反。遗传分析表明,osyes1受一对隐性核基因控制,利用图位克隆技术将OsYES1基因定位于第7染色体短臂的RM21353与RM21384之间,物理距离为708 kb。【结论】由于osyes1叶片过早黄化衰老导致与产量相关的重要农艺性状显著下降。OsYES1基因定位在第7染色体两个SSR标记(RM21353和RM21384)之间的708 kb的物理区间内。     

大豆四向重组自交群体单株产量QTL单标记分析

以(垦丰14×垦丰15)×(黑农48×垦丰19)衍生的含160个株系的大豆四向重组自交系群体为试验材料,应用154个SSR标记鉴定个体基因型,利用单标记分析方法,对2013和2014年在哈尔滨和克山两地4个环境下的单株产量进行QTL定位分析。结果显示:共检测到46个与单株产量相关的QTL位点,主要分布在A1、A2、C1、C2、D2、D1b、L、K、B2、N、E、J、F、G和H连锁群上,遗传率为0.15%~9.37%。遗传率较高的标记位点有BARCSOYSSR_02_0607、BARCSOYSSR_03_1620、BARCSOYSSR_19-0451、Sat_153、Sat_367、Satt229和Satt529,优异等位基因型为BARCSOYSSR_02_0607(Q1Q1)、BARCSOYSSR_03_1620(Q2Q2)、BARCSOYSSR_09_0183(Q1Q1)、Satt229(Q2Q2)、Sat_367(Q3Q3)、Satt338(Q1Q1)、Satt229(Q1Q1)和Satt668(Q1Q1)。在检测的标记位点中,BARCSOYSSR_08_0966、Sat_36、Sat_153、BARCSOYSSR_02_0607和Satt529在两个环境中重复检测,表明这5个QTL可用于分子设计育种改良单株产量。     

Morphological Structure and Genetic Mapping of New Leaf-Color Mutant Gene in Rice (Oryza sativa)

Leaf-color mutations are a widely-observed class of mutations, playing an important role in the study of chlorophyll biosynthesis and plant chloroplast structure, function, genetics and development. A naturally-occurring leaf-color rice mutant, Baihuaidao 7, was analyzed. Mutant plants typically exhibited a green-white-green leaf-color progression, but this phenotype was only expressed in the presence of a stress signal induced by mechanical scarification such as transplantation. Prior to the appearance of white leaves, mutant plant growth, leaf color, chlorophyll content, and chloroplast ultrastructure appeared to be identical to those of the wild type. After the changeover to white leaf color, an examination of the mutated leaves revealed a decrease in total chlorophyll, chlorophyll a, chlorophyll b, and carotenoid content, a reduction in the number of chloroplast grana lamella and grana, and a gradual degradation of the thylakoid lamellas. At maturity, the mutant plant was etiolated and dwarfed compared with wild-type plants. Genetic analysis indicated that the leaf mutant character is controlled by a recessive nuclear gene. Genetic mapping of the mutant gene was performed using an F2 population derived from a Baihuaidao 7 × Jiangxi 1587 cross. The mutant gene was mapped to rice chromosome 11, positioned between InDel markers L59.2-7 and L64.8-11, which are separated by approximately 740.5 kb. The mutant gene is believed to be a new leaf-color mutant gene in rice, and is tentatively designated as gwgl.     

Physiological Characters and Gene Mapping of a Yellow Leaf and Early-senescence Mutant osyes1 in Rice

【Objective】Leaf is a main photosynthetic organ and its color mutants of rice are ideal materials for the study of photosynthesis, chlorophyll biosynthesis and metabolism, and chloroplast development in plants. 【Method】The mutant osyes1 (Oryza sativa yellow-leaf and early senescence 1) was obtained through 60Co γ-radiation treatment of indica cultivar Zixuan 1. The seedlings of osyes1 and its wild type were treated with exogenous H2O2. The SOD and CAT activities, ROS level, MDA content, soluble protein contents, chlorophyll contents, the net photosynthetic rate and chloroplast ultrastructure were analyzed for osyes1 and its wild type leaves at heading stage. The main agronomic traits of osyes1 and its wild type plants were analyzed under field conditions at maturation stage in Hangzhou. The recessive individuals in F2 population derived from osyes1/02428 were used to locate the gene by the map cloning method.【Results】The yellow-leaf and early-senescence symptoms started at 3- or 4-leaf stage, and gradually spread to all of the leaves after heading. Due to the early-senescence of the leaves of the mutant osyes1, its major agronomic traits including plant height, panicle length, grain number per panicle and the seed setting rate were markedly reduced. Moreover, the mutant osyes1 exhibited hyper-sensitivity to exogenous H2O2. The physiological analysis indicated that the contents of chlorophyll and the activities POD and CAT in the third-top leaf was significantly lower than those in the flag leaf and the second-top leaf in wild-type (WT) plants, but all of them in the mutant plants were significantly lower than those in its WT. Compared with the WT plants, the contents of MDA, H2O2 and O2− followed a steady increasing trend in the flag, second-top and third-top leaves of the mutant, while their soluble protein levels were progressively dropping. Genetic analysis confirmed that osyes1 was controlled by a single recessive nuclear gene, which was mapped to a region of 708 kb flanked by two SSR markers (RM21353 and RM21384) on the short arm of chromosome 7. 【Conclusion】In this work, the main agricultural traits were significantly reduced in osyes1 for the yellow leaf and early senescence. OsYES1 was located in a 708 kb range between RM21353 and RM21384 by map-based cloning strategy.     

一个新的大豆细胞质黄化突变体的初步研究

用一个大豆叶片黄化突变体与6个带有不同标记基因的基因型杂交配制了8个杂交组合(包括两组正反交组合)。根据杂交后代的表现对该突变体进行了遗传分析并测定了亲本和F_1植株的叶绿素含量。结果表明该突变体的叶绿素缺失性状呈母体遗传。当以黄化突变体为母本时,杂交F_1和F_2单株都表现为黄化,当用正常的非黄化基因型作为母本时,所有的F_1和F_2植株都不黄化。在自然光照条件下,突变体的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量约是正常基因型的47.4、40.4和43.7％。突变体新生叶片的叶绿素含量很低,随着叶片的发育成熟,叶绿素含量逐渐接近正常基因型。根据大豆遗传委员会的有关规定和惯例,建议将该突变体定名为Cyt—Y_4。     

墨兰‘达摩’叶艺品系光合色素含量、叶绿素荧光特性和叶绿体超微结构的比较

墨兰叶色变异品系具有较高的观赏和经济价值,但其叶色变异机理尚不清楚。对墨兰栽培品系‘达摩’正常绿叶及其4个叶色变异(叶艺)品系的叶片光合色素含量和叶绿素荧光动力学参数进行比较,发现叶艺品系叶片黄色区域的总叶绿素和类胡萝卜素含量均小于绿色区域,且叶绿素含量降低更为显著,造成Caro/Chl升高,叶色黄化。叶绿素荧光参数显示叶艺品系叶片黄色区域的F_v/F_m、NPQ值也有相应降低,而qp、Y(Ⅱ)值比绿色区域高,可能与其高比例的叶绿素a和类胡萝卜素含量相关。进一步对叶绿体超微结构进行分析,发现叶艺品系叶片绿色区域叶绿体存在不同程度发育缺陷,而黄色区域的叶绿体退化更为严重,没有完整的叶绿体结构。此外,研究结果显示,叶艺品系叶片绿色区域F_v/F_m值的变化趋势与其叶绿体发育完整程度具有一致性,qp、Y(Ⅱ)值与总叶绿素和类胡萝卜素含量变化趋势一致,但黄色区域并不呈现出这种相关性,可能与叶绿体发育严重受损有关。     

黄化变异茶树石门黄叶理化分析及茶氨酸相关基因表达研究

黄化变异是茶树较为常见的叶色变异现象,黄化茶树的特征性化学成分含量会发生较大变化,其中氨基酸含量显著增加,研究此现象形成的原因有助于揭示叶色与氨基酸代谢的相关性.本研究以石门地区自然黄化变异茶树为材料,对其全黄、全绿和黄绿叶片进行叶绿体超微结构分析和主要生化成分检测,采用实时荧光定量PCR方法检测茶氨酸生物合成相关基因...     

弹性漆改善软木地板漆膜性能的研究

为了探明水稻营养生长阶段的衰老机制,鉴定了一个在抽穗期前多数叶片逐渐死亡的黄色水稻突变体。黄色衰老突变体表型特征为在分蘖期后,其绿色叶片基部随机出现斑点,并逐渐扩散至整个叶片。与之相反,野生型叶片在整个分蘖期均保持绿色。超微结构分析发现,水稻突变体叶片叶绿体类囊体膜和其他细胞器结构在不同衰老时期破裂,严重时导致细胞质皱缩。在叶片衰老过程中,突变体叶片光合活性、叶绿素含量和抗氧化酶活性发生不可逆转的下降。     

一个水稻“斑马叶”叶色突变体基因zebraleaf2(zl2)的图位克隆

 从粳稻品种Asominori组培后代中获得一个稳定遗传的黄绿相间叶色突变体（zebra leaf 2, zl2）。该突变体在苗期表现为黄绿相间的斑马状,分蘖后期斑马叶性状逐渐减弱,到抽穗期叶片逐渐变为淡黄色。与野生型相比,zl2 在3叶期、分蘖盛期、抽穗期及成熟期叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量显著降低,成熟后其结实率、千粒重、株高也显著下降。电镜观察结果显示,苗期zl2叶片黄色部分叶肉细胞中叶绿体显微结构发生了明显的异常,而绿色部分与野生型基本一致。遗传分析结果表明,zl2突变性状受一对隐性核基因控制。从zl2与籼稻品种南京11衍生的F2群体中挑选1607株表现为突变性状的分离单株,最终将该突变基因定位于第11染色体约164.3 kb的区域内。基因预测表明该区域内存在13个ORFs,其中ORF12编码一个类胡萝卜素异构酶,序列分析表明突变体中的该基因第10个内含子与第11外显子的交界处碱基A突变为T,导致cDNA发生错误剪切,缺失4个碱基,产生移码突变,并于第395个氨基酸处提前终止。RT PCR分析表明,相对野生型在突变体中ZL2的表达量显著下降,同时叶色相关基因PORA、RbcL、RbcS、 Cab1、Cab2、 psaA、psbA、OsDVR表达量也显著下降,而HEMA1、YGL1、V1、V2、SPP、OsPPR的表达量显著上升。结果表明ZL2在水稻叶绿素合成及叶绿体发育中起着重要作用。