水稻叶片衰老基因LPS1的克隆与功能研究

【目的】早衰突变体是研究早衰机制的良好载体,对于探究早衰的遗传机理与作用机制及提高水稻的产量和品质具有重要作用。【方法】本研究利用EMS诱变获得了一个早衰突变体lps1,并对该突变体及其野生型进行表型观察、细胞学及组织化学分析、生理生化分析、遗传分析、基因定位和激素处理。【结果】lps1的叶片从3叶期开始发黄,成熟期株高、有效分蘖数、结实率、千粒重等极显著降低。电镜观察发现lps1叶表面光滑,硅质化突起和叶绿体数目减少、片层结构紊乱。生理生化分析表明lps1中有大量的活性氧积累,同时伴有蛋白质的降解、细胞膜的损伤以及大规模的细胞死亡。遗传分析表明该早衰表型受单隐性核基因控制,并且其在第5染色体上编码了一个泛素结合酶。亚细胞定位结果证明LPS1蛋白在细胞质与核中均有表达。外源激素处理发现,lps1对外源激素的处理更为敏感,且LPS1突变促进了ABA合成相关基因的表达。【结论】LPS1 突变使水稻ABA合成信号途径异常,进而引发H₂O₂等一系列与衰老相关生理指标的异常变动,导致lps1过早衰老,最终造成水稻产量严重降低。     

水稻外卷叶突变体ocl1的鉴定及基因定位

【目的】适度卷叶可增强叶片的光合效率，提高水稻的产量，筛选和鉴定水稻卷叶突变体有助于解析水稻叶片形成的分子机制。【方法】利用280 GY钴60 γ射线对籼稻品种玉针香进行诱变处理，筛选出一个外卷叶突变体，暂命名为ocl1(outcurved leaf 1)。考查了突变体的表型特征和农艺性状，并利用ocl1突变体与02428杂交的F2群体定位目标基因，最后通过荧光定量PCR分析了卷叶相关基因的表达情况。【结果】从分蘖期到成熟期，突变体的叶片表现外卷和披垂；在农艺性状方面，突变体的结实率、千粒重和单株产量显著降低；叶片的显微观察结果表明，突变体的外卷叶表型主要是由于相邻维管束之间的泡状细胞变大引起的；遗传分析表明，ocl1的突变表型受一对隐性核基因控制，将OCL1基因定位在第6染色体上SSR标记RM19575与InDel标记ID02612之间，物理距离约为127 kb；定位区间内的测序结果表明，其中一个基因（LOC＿Os06g10600）的内含子-外显子连接处发生单碱基突变，导致异常剪接，进而引起氨基酸序列的改变。该基因编码同源异型域-亮氨酸拉链蛋白，与卷叶相关基因ROC8和URL1等位；...     

一个新的玉米卷叶突变体的发现与形态特征

在糯玉米杂交种苏糯5670中发现1株叶片卷曲的突变体。通过鉴定,卷叶突变体与国外报道的RLD-O突变体表型相似,叶片内卷、窄、挺,叶片与叶鞘连接处有异位生长的叶舌。对该突变体的RLD1基因部分序列分析表明,卷叶突变体机制与RLD-O突变受microRNA调节不同,可能是一个新的卷叶突变体。     

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。     

一个水稻类病变黄叶突变体的鉴定和精细定位

从15000多个水稻转基因株系中发现了一个类病变黄叶突变体.该突变体最显著的特征为叶片由下而上依次黄化,同时出现类似病原体感染的病斑.根据突变体表型,将该突变体命名为syll(spotted and yellow leayes 1).遗传学分析表明,该突变性状受1对隐性核基因控制.PCR检测和潮霉索抗性分析显示.该突变...     

水稻蜡质稀少突变体wax1的鉴定及基因定位

【目的】蜡质是植物表面的一种重要保护物质,筛选和鉴定水稻蜡质相关突变体有助于解析水稻蜡质形成的遗传机制。【方法】利用EMS诱变籼稻品种湘早籼6号,从突变体库中筛选出一个蜡质稀少的突变体wax1,考查突变体的形态特征和农艺性状,利用突变体与02428杂交的F_2群体定位目标基因,并通过荧光定量PCR分析相关基因的表达情况。【结果】与野生型相比,wax1突变体具有叶片短小皱褶、叶表面蜡质晶体减少、穗长变短等形态特征;在农艺性状方面,突变体的株高、每穗总粒数和千粒重显著降低,但有效穗数显著高于野生型;遗传分析表明,wax1的突变表型受一对隐性核基因控制,将WAX1基因定位在第10染色体上SSR标记RM5806与InDel标记P1之间,物理距离约为49.8 kb;定位区间内的测序结果表明,突变体中β-酮脂酰-CoA合酶的编码基因发生单碱基突变,导致催化活性中心的一个氨基酸发生改变。WAX1基因的突变显著提高了同源异型盒基因OSH6的表达,同时引起部分IAA基因的差异表达。【结论】WAX1基因突变引起叶表面蜡质晶体的减少,同时通过影响茎尖分生组织和生长素的信号转导引起植株生长发育等多方面的异常。     

水稻蜡质稀少突变体wax1的鉴定及基因定位

【目的】蜡质是植物表面的一种重要保护物质，筛选和鉴定水稻蜡质相关突变体有助于解析水稻蜡质形成的遗传机制。【方法】利用EMS诱变籼稻品种湘早籼6号，从突变体库中筛选出一个蜡质稀少的突变体wax1，考查突变体的形态特征和农艺性状，利用突变体与02428杂交的F2群体定位目标基因，并通过荧光定量PCR分析相关基因的表达情况。【结果】与野生型相比，wax1突变体具有叶片短小皱褶、叶表面蜡质晶体减少、穗长变短等形态特征；在农艺性状方面，突变体的株高、每穗总粒数和千粒重显著降低，但有效穗数显著高于野生型；遗传分析表明，wax1的突变表型受一对隐性核基因控制，将WAX1基因定位在第10染色体上SSR标记RM5806与InDel标记P1之间，物理距离约为49.8 kb；定位区间内的测序结果表明，突变体中β-酮脂酰-CoA合酶的编码基因发生单碱基突变，导致催化活性中心的一个氨基酸发生改变。WAX1基因的突变显著提高了同源异型盒基因OSH6的表达，同时引起部分IAA基因的差异表达。【结论】WAX1基因突变引起叶表面蜡质晶体的减少，同时通过影响茎尖分生组织和生长素的信号转导引起植株生长发育等多方面的异常。     

甘蓝型油菜子叶黄化致死突变体ytl的表型分析和基因定位

甘蓝型油菜子叶黄化致死直接影响油菜出苗率和成苗率,深入研究子叶黄化致死的分子机制可为探究植物生理相关的基础研究提供便利。本文报道了甘蓝型油菜子叶黄化致死突变体ytl(yellow to lethal)的基因定位及候选基因预测结果。该突变体来自恢复系轮回选择群体的自交后代株系,发芽出土后子叶一直处于黄化状态,播种9～15 d后死亡。与野生型相比,突变体ytl的叶绿素、叶黄素含量显著降低。透射电镜观察显示,突变体叶绿体发育仍处于质体阶段,类囊体基粒片层模糊。遗传分析表明,该突变体由一对隐性核基因控制。利用油菜60K SNP芯片结合分子标记技术将该基因定位于C09染色体的标记SSR-140和标记PBZIN-1之间198 kb的物理区间。该研究为进一步克隆基因BnaC09.YTL及后续的功能研究奠定了基础。     

水稻温敏转绿突变体osv15的鉴定和遗传分析

【目的】本研究旨在鉴定和克隆水稻温敏转绿新基因,揭示其参与叶绿体发生发育和光合作用的分子机制,为高光效育种提供理论支撑。【方法】利用辐射诱变的方法,从粳稻品种日本晴中筛选获得叶片黄化突变体osv15,并对其表型、农艺性状和遗传方式进行详细分析。构建了突变体与Kasalath的F₂群体,利用多态性分子标记对目的基因进行定位和测序分析。【结果】osv15幼苗期在22℃低温下叶片黄化,叶绿素含量仅为野生型的10%,光化学效率下降,叶绿体结构异常;随着温度的升高,osv15的叶色由黄转绿,30℃时叶绿素含量恢复到野生型的68%,光化学效率和叶绿体发育与野生型相近。在自然环境下,osv15突变体从苗期至成熟期均表现为叶片黄化,且株高、分蘖数和产量等农艺性状与野生型相比差异显著。遗传分析表明osv15突变体的表型由一对隐性核基因控制。将OsV15基因定位到第6染色体多态性标记S4和S5之间84 kb的区间内,定位区间测序发现突变体中编码分子伴侣蛋白的基因Cpn60β1(LOC_Os06g02380)发生单碱基缺失。【结论】osv15是一个新的水稻温敏转绿突变体,Cpn60β1可能为突变基因。     

小麦苗期叶片碳氮平衡与低氮诱导的叶片衰老之间的关系

为了解小麦叶片衰老与缺氮诱导及碳氮平衡之间的关系,以两个缺氮衰老响应敏感品种(周麦24和运旱618)和两个缺氮衰老响应不敏感小麦品种(衡观35和西农979)为材料,分析了小麦苗期低氮诱导下表征叶片衰老的叶绿素含量、F_v/F_m、净光合速率,以及表征碳氮平衡的全氮和非结构性碳水化合物(可溶性糖、淀粉)比值。结果表明,低氮胁迫后,4个小麦品种叶片的净光合速率、叶绿素含量和F_v/F_m显著降低,说明低氮诱导和加速了小麦叶片的衰老,而缺氮衰老响应敏感品种的衰老程度显著高于不敏感品种。缺氮衰老响应敏感和不敏感小麦品种叶片氮含量在低氮胁迫后均显著降低,同时碳累积量(可溶性糖和淀粉含量)均显著升高。进一步分析表明,缺氮诱导的小麦叶片衰老可能并非受独立的氮缺乏和碳累积调控,而可能与碳氮平衡(碳氮比例)有关,即碳氮平衡可能参与了低氮诱导的叶片衰老调控,而缺氮下耐衰老品种的叶片维持碳氮代谢平衡的能力较强。     

Gene Expression and Accumulation of Rubisco in Bundle Sheath and Mesophyll Cells during Leaf Development and Senescence in Rice,a C3 Plant

Abstract

Gene expression of ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) large subunit (rbcL) and small subunit (rbcS) in bundle sheath and mesophyll cells of rice, a C₃ plant, was examined during leaf development and senescence by in situ hybridization. Localization of Rubisco protein in both cells was also examined by immuno-electron microscopy. Gene expression and accumulation of Rubisco were related with the chlorophyll fluorescence parameters. The chlorophyll fluorescence parameters, such as F_v/F_m and Φ_psii, gradually increased during leaf development with the increase in the accumulation of Rubisco. However, the chlorophyll fluorescence parameters decreased earlier than the Rubisco content during leaf senescence. The expression of rbcS decreased earlier in bundle sheath cells than in mesophyll cells during leaf development, whereas the expression of rbcL in both cells was retained during leaf development and decreased during leaf senescence. On the other hand, Rubisco content of bundle sheath and mesophyll cells increased during leaf development and decreased during leaf senescence. Rubisco was retained even after the disappearance of the expression of rbcS and rbcL detectable by in situ hybridization. The present results suggest that the expression pattern of rbcS in bundle sheath cells was somewhat different from that in mesophyll cells, but this difference was not reflected in Rubisco content.     

不同玉米品种叶片衰老动态变化及其化学调控

以玉米品种豫单2002和郑单958为材料,研究叶片衰老动态变化及其化学调控效应.结果表明,与郑单958相比,豫单2002叶片在吐丝前期生长较快,中后期下部叶片功能期较短,叶片发生早衰,叶面积下降迅速,衰老速率激增,产量显著低于郑单958.经植物生长复合调节剂拌种能维持较长的叶片功能期和较大的叶面积,豫单2002增产9.8%,达到显著差异水平(P<0.05);郑单958产量与对照差异不显著.植物生长复合调节剂拌种能有效防止叶片早衰,提高玉米产量,尤其对早衰型玉米品种豫单2002.     

限水灌溉下追氮水平对冬小麦旗叶光合特性及物质运转的影响

为给华北地区冬小麦节水栽培条件下氮肥合理运筹提供理论依据,以高产小麦品种周麦18为供试材料,在大田限水灌溉条件下,设置六个不同氮肥处理［各处理底施和追施氮量（底氮+追氮）分别为：0+0、120+0、120+60、120+120、120+180、120+240 kg·hm^-2］,研究了限水灌溉条件下追氮水平对冬小麦旗叶光合特性及物质运转的影响。结果表明,施氮量120+60 kg·hm^-2时,小麦产量最高,达到8 749 kg·hm^-2。限水灌溉条件下追氮水平对冬小麦旗叶光合特性及物质运转有较明显的调控效应,总体表现为,在0～120 kg·hm^-2范围内,随着追氮量的增加,旗叶净光合速率、气孔导度和叶绿素含量增大,胞间CO₂浓度降低,延缓了旗叶的衰老进程,延长了光合功能期,有利于光合产物的积累,而过高的追氮量（180～240 kg·hm^-2）并没有在更大程度上提高旗叶净光合速率和叶绿素含量以及降低胞间CO₂浓度;适当追氮（60 kg·hm^-2）虽然增加了花前贮藏物质和氮素的运转量,但运转率下降;过多的追施氮肥（120～240 kg·hm^-2）会导致花前贮藏物质和氮素运转量、运转率及对籽粒的贡献率显著降低。在本试验条件下,最适的施氮处理为120+60 kg·hm^-2。     

阻止授粉诱导玉米衰老提前启动现象的研究

利用豫816等8个玉米骨干自交系为材料,对授粉与未授粉处理自交系导致玉米衰老表型症状和叶片叶绿素含量变化以及衰老相关基因表达比较分析。结果表明,阻止授粉植株叶片与授粉对照相比,豫816和B73自交系表现出衰老提前启动的显著症状,启动衰老提前了17 d,说明阻止授粉对衰老启动具有明显诱导作用;郑58等6个自交系的阻止授粉与授粉对照植株叶片均为绿色,没有衰老症状的出现,说明阻止授粉不具有诱导衰老的作用。诱导衰老植株不同子粒结实率与启动衰老提前的天数密切相关,结实率为0~15%的未授粉植株具有启动衰老提早的诱导作用,结实率达到35%以上的植株则不具有启动衰老提早的诱导作用。6个玉米衰老相关基因差异表达的趋势与衰老表型症状变化趋势基本一致,存在1个基因差异表达与表型衰老症状呈现的时间窗口,可能参与了诱导玉米衰老的启动。     

Identification of QTLs for Improvement of Plant Type in Rice (Oryza sativa L.) Using Koshihikari / Kasalath Chromosome Segment Substitution Lines and Backcross Progeny F2 Population

Abstract

Thirty-nine chromosome segment substitution lines (CSSLs) population derived from a Koshihikari / Kasalath cross was used for quantitative trait locus (QTL) analysis of plant type in rice (Oryza sativa L.). Putative rough QTLs (26.2～60.3cM of Kasalath chromosomal segments) for culm length, plant height, panicle number, chlorophyll content of flag leaf blade at heading and specific leaf weight, were mapped on the several chromosomal segments based on the comparison of CSSLs with Koshihikari in the field experiment for 3 years. In order to verify and narrow QTLs detected in CSSLs, we conducted QTL analyses using F₂ populations derived from a cross between Koshihikari and target CSSL holding a putative rough QTL. The qPN-2, QTL for panicle number was mapped on chromosome 2. In traits of flag leaf, the qCHL-4-1 and qCHL-4-2 for chlorophyll content was mapped on chromosome 4, and the qSLW-7 for specific leaf weight on chromosome 7. All QTLs were detected in narrow marker intervals, compared with rough QTLs in CSSLs. The qPN-2, qCHL-4-1 and qCHL-4-2 had only additive effect. On the other hand, the qSLW-7 showed over-dominance. It could be emphasized that QTL analysis in the present study with the combination of CSSLs and backcross progeny F₂ population can not only verify the rough QTLs detected in CSSLs but also estimate allelic effects on the QTL.     

水氮处理对燕麦功能叶衰老及产量的影响

为给燕麦高产栽培中水氮管理提供依据,在防雨棚肥水控制条件下,研究了水氮处理对燕麦不同生育期叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量、可溶性蛋白含量等生理指标及产量的影响。结果表明,水氮及其互作对燕麦叶片各生育期生理指标影响显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)。在水分胁迫条件下,适量施氮可使整个生育期保持较高的叶片SOD活性、可溶性蛋白含量、叶绿素含量及较低的MDA含量,延缓功能叶片衰老,增加燕麦产量;过量施氮会加剧燕麦的水分胁迫效应,导致叶片SOD活性、可溶性蛋白含量、叶绿素含量下降,提高MDA含量,加快叶片衰老,降低产量。在供水较充足的条件下,施氮明显提高叶片SOD活性、可溶性蛋白含量和叶绿素含量,降低MDA含量,使叶片衰老进程变缓,产量大幅增加,但当施氮量达到180kg.hm-2时,肥效下降。     

垄作栽培对冬小麦根系活力和旗叶衰老的影响

为了明确垄作栽培条件下冬小麦根系活力与旗叶衰老的变化规律,采用垄作种植方式与传统平作栽培相比较的方法,研究了2种不同种植方式对2个小麦品种烟农19和济麦19根系活力及旗叶衰老的影响。结果表明,垄作栽培中由于小麦种植在垄顶上,0-60 cm土层根系干重较平作栽培增加12％以上,深层土壤(20-60 cm)根系活力得到极显著提高。在垄作栽培条件下,小麦生育后期旗叶叶绿素含量和光合速率较传统平作均有显著提高。开花15 d后,垄作栽培条件下的SOD、CAT、POD活性及可溶性蛋白质含量等较传统平作栽培均有显著提高,MDA含量显著降低。垄作栽培与传统平作栽培在同等节水条件下有利于提高小麦深层根系活力,延缓旗叶衰老。     

Note on relationship between leaf soluble carbohydrate and chlorophyll concentrations in maize during leaf senescence

Leaf senescence is typically associated with loss of chlorophyll and decline in photosynthetic capacity. The objectives of this study were: (i) to quantify the relationship between chlorophyll (SPAD) and soluble-carbohydrate concentrations in maize (Zea mays L.) leaves during leaf senescence and (ii) to examine whether this relationship differed between an old and a recent maize hybrid. Field experiments were conducted in 1995 at two locations. A range of leaf soluble-carbohydrate concentrations and SPAD values was obtained through various source-manipulation of source activity by defoliation and thinning. Defoliation treatments were imposed at 3, 4, and 5 weeks after silking. The thinning treatment was imposed at 3 weeks after silking. Two maize hybrids were composed: Pride 5 (old) and Pioneer 3902 (recent). Leaves at three leaf positions, near the topmost ear and the ear internode were sampled at weekly intervals, from 3 weeks after silking until visual completion of leaf senescence. Leaf and internode soluble-carbohydrate concentration declined following defoliation, although the response in leaves was delayed compared to that in the stem. SPAD readings and soluble-carbohydrate concentrations were positively correlated below a plateau value of 55 mg glucose equivalents g⁻¹ leaf. The correlation between SPAD and soluble-carbohydrate concentration was similar for the old and recent maize hybrid.     

Correlation of Leaf and Root Senescence During Ripening in Dry Seeded and Transplanted Rice

Dry seeding is a resource-saving rice establishment method. With an equivalent yield, dry seeded flooded rice (DSR) has been considered as a replacement for traditional transplanted flooded rice (TFR). However, the differences in leaf and root senescence during grain filling between DSR and TFR were seldom identified. In this study, the root length, root tip number and leaf senescence of rice varieties Huanghuazhan and Yangliangyou 6 during ripening were compared between DSR and TFR. Results showed that top three leaves in DSR had the characteristics of relatively lower SPAD value, lower N content and premature leaf senescence. In addition, both the total root length and total root tip number of DSR were significantly lower than those of TFR. In conclusion, premature and quick leaf senescence was related with inadequate root length and root tip number during ripening, which might result from the deficiency of nitrogen supply in DSR. Techniques on improving leaf nitrogen status and delaying the leaf senescence during grain-filling in DSR should be developed in future researches.