水稻光温敏不育系gy157S的叶色表型鉴定与候选基因分析

为探明光温敏不育系gy157S黄绿叶基因gy157S(t)调控水稻叶色的分子机制及应用潜力,本研究对水稻光温敏核不育系gy157S进行不同温度处理,观察其表型、叶绿素含量以及叶肉细胞的变化情况,并对其进行遗传分析、基因定位和候选基因分析。表型鉴定结果发现,与对照C815S相比,20℃条件下gy157S叶片呈现黄绿色表型,光合色素含量极显著降低,叶绿体发育缺陷严重;30℃条件下gy157S叶片呈现淡绿色表型,光合色素含量仍然显著降低,仍有部分叶绿体发育畸形。遗传分析结果表明,gy157S的黄绿叶表型受一对隐性核基因控制;群体分离分析（BSA）和连锁分析结果将该基因定位于第3号染色体RM15678和RM15824之间,物理距离为2.4Mb;候选基因功能分析、测序和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示,编码铁氧还蛋白OsFdC2的基因OsR498G0306815500.01在第7外显子上存在单核苷酸多态性（SNP）变异,导致编码氨基酸发生改变,可能是引起黄绿叶突变表型的位点。本研究结果为阐明gy157S(t)基因对叶绿体发育和叶绿素合成的分子调控机制奠定了基础。     

一个水稻黄绿叶突变体ygl15的鉴定和基因定位

由籼稻品系杂交后代中发现1个黄绿叶突变体,命名为ygl15。为揭示突变体ygl15叶色变异机制,对其进行了表型鉴定和基因定位分析。结果表明,突变体ygl15从苗期开始表现为黄绿叶,叶片中的叶绿素和类胡萝卜素含量较野生型显著下降,并最终导致其农艺性状受到影响,表现为株高、有效穗数、单株总粒数和单株实粒数显著下降,穗长、每穗粒数和结实率的变化不显著,千粒重略有提高;基因表达分析表明,突变体ygl15叶片中,叶绿素合成和光合系统相关的基因表达上调,但血红素合成相关的基因表达下调或不变。遗传分析表明,ygl15的突变表型受1对细胞核隐性基因控制。以突变体ygl15和中花11杂交的F_2群体为定位群体,经过初步定位和精细定位,将ygl15基因定位在水稻第3号染色体上的分子标记M08124～M08175之间,物理距离约79 kb。本研究结果为进一步克隆ygl15突变基因和研究基因功能奠定了一定的理论基础。     

大豆芽黄新突变体vl-1的光合特性与基因定位

为发掘大豆叶色新基因资源,探讨叶绿素合成及光合作用机理,本研究以南农99-6芽黄新突变体vl-1和野生型(WT)品种南农99-6为试验材料,分析突变体与野生型形态、叶绿体结构、色素含量及光合特性,并进行遗传和基因定位研究。结果表明,突变体vl-1幼叶呈黄色,其类胡萝卜素、总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b含量均极显著低于野生型,叶绿体内基质片层排列疏松且减少,原片层体居多;突变体vl-1成熟叶片的叶色转绿,其光合色素含量、叶净光合速率、气孔导度、蒸腾速率与野生型均无显著差异,但胞间CO2浓度显著低于野生型。突变体vl-1与2个正常叶色亲本杂交衍生遗传群体叶色分离比例分析表明,芽黄受1对隐性核基因控制。利用科丰1号×突变体vl-1 F2群体将芽黄基因vl1定位于第8号染色体顶端SSR标记BARCSOYSSR_08_0037和BARCSOYSSR_08_0073之间,物理距离为628 kb,该区段未见大豆叶色基因定位的报道,共包含76个预测基因。本研究结果为揭示大豆芽黄的遗传机制奠定了理论基础。     

水稻淡黄叶突变体pyl3的鉴定和基因定位

利用⁶⁰Co-γ辐射诱变籼稻骨干恢复系川恢907(R907),从突变体库中筛选获得一份淡黄叶突变体pyl3 (pale yellow leaf mutant 3)。为揭示pyl3突变体淡黄叶表型的调控机制,本研究对该突变体和野生型进行表型鉴定、主要农艺性状和基因定位分析。结果表明,从苗期开始pyl3突变体整个生育期表现淡黄叶表型;与野生型相比,pyl3在苗期叶片中的叶绿素和类胡萝卜素含量显著降低;成熟期pyl3的株高、穗长、穗粒数和结实率等农艺性状指标均显著下降。遗传分析结果表明,pyl3突变体的表型由一对隐性核基因控制。利用分子标记连锁分析的方法将该基因初步定位于第3号染色体上InDel标记M4和M6之间,物理距离约为3.2 Mb。进一步基于BSA全基因组重测序和Sanger测序分析发现,pyl3突变体在定位区间内编码Mg-原卟啉Ⅸ螯合酶CHLI亚基的基因编码区第1 034位碱基C突变为碱基T,导致编码的第345位的半胱氨酸(Cys)突变为酪氨酸(Tyr)。pyl3突变体中携带的CHLI^pyl3是已报道黄绿叶基因chl9/chli的新等位基因。qRT-PCR分析结果显示,pyl3突变体中叶绿素合成和光合作用相关基因的表达发生变化。本研究为进一步解析CHLI基因调控水稻叶色的分子机制提供了新的遗传材料和理论依据。     

水稻白化转绿突变体albg的鉴定和基因精细定位

为丰富水稻白化转绿突变体的基因资源,利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变粳稻品种日本晴,获得一个白化转绿突变体,命名为albg。albg在三叶期前,未完全展开叶片时出现白化现象,待叶片完全展开之后逐渐转绿,三叶期以后新出叶片均无白化现象,至六叶期所有叶片恢复绿色。与野生型植株相比,突变体albg的结实率和株高显著降低,每穗总粒数也有减少,而千粒重和有效分蘖数在野生型和突变体albg之间无显著差异。突变体albg的叶色变化与叶绿素含量和叶绿体发育有关,并受一对隐性基因控制。利用图位克隆技术,将该基因定位于水稻3号染色体上In Del标记3G5和3G3之间,2个标记间相距约163.1 kb,该区间共有28个候选基因,其中Os03g0597200基因编码一个三角五肽(PPR)蛋白。序列分析表明,该基因从ATG开始第1 387位发生了一个碱基G的插入,推测其可能为目的基因。本研究结果为水稻育种提供了应用理论依据。     

水稻黄叶突变体yl6(t)的遗传分析和基因定位探究

在粳稻品种日本晴群体中发现了1个黄叶自然突变体yl6(t),因此,对其进行调查研究。农艺性状调查发现,与野生型相比,yl6(t)的结实率明显较低;叶绿素含量测定发现,突变体yl6(t)苗期后期叶素绿含量极显著降低,全生育期为黄叶;超微结构观察发现,叶绿体形态改变,类囊体片层结构减少;遗传分析表明,yl6(t)黄叶表型为单隐性核基因控制,利用SSR标记将目的基因初步定位在水稻第6号染色体约56 kb区段内,该区段未有相关基因报道,推测是1个新的控制水稻叶色的基因。     

水稻叶早衰突变体es33的鉴定和基因定位

利用甲基磺酸乙酯(EMS)化学诱变单季常规晚粳稻浙粳99,获得叶早衰突变体es33。为揭示es33突变体早衰的分子调控机制,以野生型浙粳99为对照,对突变体进行表型鉴定,统计农艺性状和测定光合性能,并对早衰基因ES33进行定位。结果表明,突变体es33幼苗在播种后第10天,第2和第3叶的叶尖出现明显干枯早衰现象,与野生型相比,分蘖盛期叶片光合色素含量降低、叶绿体结构疏松、光合作用减弱、部分酶活性降低,成熟期植株矮小、分蘖少、衰老严重。遗传分析结果表明,突变体es33早衰性状受一对隐性核基因控制,利用基因定位和重测序技术,将控制该性状的基因定位在水稻第3号染色体上的SSR标记STS-15和G24之间,物理距离为977.8 kb,经测序确定LOC_Os03g31550为候选基因;ES33基因第11个外显子发生4个碱基的缺失,造成移码突变,导致蛋白(黄嘌呤脱氢酶)翻译提前终止;通过系统发育树分析和氨基酸序列比对得知,ES33蛋白在禾本科作物中高度保守。本研究结果为进一步探究早衰基因ES33的功能奠定了基础。     

水稻白条纹转绿突变体wsl887的鉴定和基因定位

温敏型水稻叶色突变基因的挖掘可以丰富水稻遗传资源,且为研究低温调控叶绿体发育机制的材料。本研究利用⁶⁰Co射线辐射诱变贵州地方稻种资源桥港珍珠米,获得一个新的白条纹转绿突变体wsl887。通过表型鉴定和主要农艺性状调查可知,在自然条件下wsl887叶幼苗呈现白条纹表型,成熟后主要农艺性状与野生型相比均无显著差异;在20℃条件下wsl887叶片呈现白化,光合色素含量显著降低;在25℃条件下wsl887叶片呈现白色条纹,光合色素含量显著升高;在30℃条件下wsl887叶色与野生型无明显差异,光合色素含量无显著差异。透射电镜观察显示,在20℃条件下,wsl887叶肉细胞中无叶绿体或者叶绿体发育畸形;在30℃条件下,wsl887叶绿体数量和形态均恢复正常。qRT-PCR分析表明,wsl887在20℃和30℃条件下,与野生型相比,部分光合色素代谢途径基因、光合作用及线粒体电子传递相关基因的表达水平呈现不同程度的变化。遗传分析表明,wsl887突变体的表型受一对隐性核基因WSL887控制,该基因被定位于2号染色体上的SSR标记RM262和RM5427之间,物理距离为743.6 kb。该白条纹转绿突变体wsl887是一个新的温敏型叶色突变体,在自然条件下其主要农艺性状没有发生显著变化,未对植株产量造成影响,因此在杂交水稻上具有较大的应用价值。在不同温度条件下,由细胞质编码的基因表达量均显著减少,由此推测该突变基因可能与细胞质中叶绿体的发育有关。本研究结果为进一步克隆wsl887突变基因和研究基因功能奠定了一定的理论基础。     

GENETIC ANALYSIS AND GENE FINE MAPPING FOR MUTATION OF YELLOW-GREEN LEAF IN RICE

通过甲基磺酸乙酯（EMS）诱变晚粳稻品种秀水09,获得了1个稳定遗传的全生育期黄绿叶突变体Ygl,遗传分析表明该突变性状由1对隐性核基因控制。利用突变体与籼稻品种珍汕97杂交,构建F2群体对突变基因进行定位,发现目的基因与第11号染色体上的SSR标记RM2459连锁,在该标记附近发展了14对InDel标记,将突变基因定位在约82kb区间内。通过在线最新水稻注释系统的基因功能预测分析,寻找候选基因,经测序发现突变体发生单碱基突变。     

水稻叶色突变体ygr的遗传分析与基因定位

叶色突变体是研究水稻叶绿体发育、光合色素合成与降解的理想材料。前期研究在水稻保持系大面积繁殖时发现一株转绿型淡黄叶突变体ygr,为了阐明其叶色调控机理,本试验比较了ygr与野生型的主要农艺性状和光合色素含量,并对该突变体进行了遗传分析和基因定位。结果表明,与野生型相比,ygr的始穗期推迟2 d,株高、单株有效穗数、穗长、穗粒数、结实率和千粒重等主要农艺性状均无显著差异,而苗期和抽穗期的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素等光合色素含量均显著降低。遗传分析表明,ygr叶色突变性状受单隐性核基因控制,暂时将其命名为YGR。以ygr与日本晴杂交的F_2群体作为定位群体,将YGR基因定位在水稻第1号染色体分子标记WY8到WY20之间,其遗传距离分别为0.2 cM和0.5 cM。本研究结果为该基因的克隆和功能分析以及解析其突变机制奠定了基础。     

玉米叶色突变体研究进展

叶色突变体是研究玉米光合作用和光建成的宝贵材料,对于玉米叶色相关基因的克隆和功能分析,以及提高光合效率和玉米产量方面具有重要意义。简介了elm1淡绿叶突变体、elm2黄绿叶突变体、ygl-1黄绿叶突变体、vyl黄叶突变体、nec-t黄化类病变突变体这五个典型的叶色突变体,以及玉米叶色突变体诱变方法;根据玉米叶色突变体的研究现状及玉米突变体数据库,对23个已知的玉米突变体基因名、基因ID、性状描述及相关图片进行整理总结,并对其基因在染色体上的位置进行了标注。以图片和表格的形式归纳了玉米叶色突变形成机理研究成果。最后,提出问题并做了展望。     

拟南芥Psrp-4基因参与光合作用机制的研究

叶绿体核糖体是植物特有的细胞器之一,其主要功能是合成质体基因编码的蛋白质.已有研究表明在叶绿体核糖体内含有6个质体特有蛋白PSRP （plastid-specific ribosomal protein）,分别命名为PSRP1~PSRP6.然而,这些蛋白在叶绿体蛋白合成过程以及光合作用中的作用机制研究尚处初级阶段.在本研究中,为了阐明PSRP-4蛋白在叶绿体发育过程中的作用机制,我们利用Gateway系统构建了Psrp-4基因（At2g38140）的RNAi表达载体,转化野生型拟南芥后获得了Psrp-4基因表达量明显降低的psrp-4突变体.研究结果表明：psrp-4突变体比野生型生长略微缓慢,但叶片颜色与野生型差别不大,能够进行正常的光合作用.在高光胁迫条件下,测定psrp-4突变体光合化学效率,发现与野生型差异不明显;进一步的蛋白免疫印记实验证明Psrp-4基因表达量的降低对PSⅡ反应中心D1蛋白的周转也没有明显影响.因此,推测PSRP-4蛋白可能不是叶绿体蛋白合成以及光合作用的正常进行所必需的.     

大麦白化颖壳突变体的转录组学分析

为了探究大麦白化颖壳突变体形成机理,以白化颖壳突变体(AL)和野生型植株(WT)为试验材料,对2份材料抽穗期的颖壳进行转录组测序分析,通过Illumina Hi SeqTM2500高通量转录组测序技术分别从WT和AL中获得2.7 Gb和4.1 Gb有效数据,拼接组装后得到64 634条通用基因(unigenes),其中长度大于1 kb的有23 696条。通过对2份材料间差异基因的筛选,共得到672个差异表达基因(DEGs),其中139个上调表达,533个下调表达。GO功能富集分析发现,在分子功能类型中注释的差异基因主要与叶绿体相关;KEGG显著富集分析发现差异基因广泛涉及碳代谢、光合作用等调控途径。对其中6个相关基因进行了RT-qPCR验证,表达趋势与RNA-Seq测序结果一致。表明AL的形成可能是由于叶绿体形成和发育相关基因的表达受到抑制,进一步导致了光合作用的下降,该研究结果对深入探究大麦的白化形成机理具有重要的参考价值。     

水稻矮秆多分蘖突变体的表型分析及基因克隆

以粳稻品种空育131为材料,经EMS诱变获得一个株型突变体,其表型为植株矮化、分蘖增加及粒型较小等,命名为dmt(dwarf and more tillers)。遗传分析表明,突变体表型受一对隐性核基因所控制。利用独脚金内酯的类似物GR24处理dmt突变体能够恢复野生型表型,说明dmt突变可能与独脚金内酯合成途径相关。利用dmt与空育131构建回交群体,基于BSA和Mut Map相结合的方法,将突变位点定位于第4染色体的LOC_Os04g46470位点,测序表明,该基因在第5个外显子最后一个碱基发生了G到A的突变,使该基因错误剪切,104 bp的第5内含子被转录,导致该基因移码突变。LOC_Os04g46470编码胡萝卜素裂解双加氧酶7(carotenoid cleavage dioxygenase 7,CCD7),是独脚金内酯合成途径的基因。此外,突变体中CCD7的表达量高于对照,也证明dmt中独脚金内酯合成途径突变,造成负反馈抑制减弱。     

一个新的水稻温敏感叶色突变体基因定位分析

粳稻品种嘉花1号种子经60Coγ射线辐照后,筛选得到一个温敏感叶色突变体MR20。该突变体的幼苗叶色在较低温度(20℃)下呈黄白色,并随着温度升高叶色由黄白逐渐转绿,其临界温度约为22.5℃,在低温(20℃)和高温(32℃)条件下叶绿素含量也存在显著差异,表明该突变体为低温导致叶绿素合成受阻的温敏感叶色突变体。遗传分析表明该突变体性状受一对隐性核基因控制,暂命名为tsc(t)。以该突变体与籼稻9311杂交的F2群体作为定位群体,利用SSR分子标记将tsc(t)基因初步定位在水稻第3染色体短臂上的分子标记RM231和RM14407之间,其遗传距离分别为1.5cM和0.5cM。随后,进一步扩大F2群体将该tsc(t)基因定位在分子标记MM0541和RM14407之间的约440kb内。     

番茄茸毛相关基因ShMYB1的克隆与表达分析

番茄茸毛具有多种生物学功能,为了探究番茄中控制茸毛的基因,本研究采用cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends,RACE)从野生种多毛番茄(Solanumhabroc haites)LA1777中,获得了一个与茸毛相关的R2R3 MYB Subgroup 9家族新成员EST241733的全长编码区cDNA序列,命名为ShMYB1。经生物信息学分析,克隆的ShMYB1基因长1350bp,编码338个氨基酸。该基因具有保守的R2R3MYB结构域和Subgroup 9特异motif序列。荧光定量PCR结果表明,ShMYB1基因在番茄叶和花中表达量高,在根、茎、果实中没有表达。在不同发育时期的叶片中表达量差异不大,但是在幼花蕾表达量最高,随花蕾的增大,表达量显著降低。在几个番茄茸毛突变体与对应的野生型中,这个基因表达量存在明显差异。推测该基因与番茄表皮茸毛发生和花发育有关。     

毛叶苕子磷饥饿响应基因VvPHR1的克隆及功能研究

【目的】磷饥饿响应因子PHR (phosphate starvation response)在植物根系发育和磷养分吸收中起重要作用,本研究主要阐明毛叶苕子VvPHR1基因生物学功能,为培育磷高效型绿肥作物提供理论依据。【方法】通过转录组测序获得毛叶苕子VvPHR1基因序列。采用酵母单杂交方法验证VvPHR1基因的转录激活功能,构建其过表达载体,利用花粉管通道法分别遗传转化野生型和突变体(Atphr1)拟南芥,获得超量表达VvPHR1基因和突变体功能回补转基因材料。对正常磷(1 mmol/L Pi)和低磷(1μmol/L Pi)的培养基中生长30天的拟南芥取样,采用实时荧光定量PCR对野生型和转基因拟南芥中VvPHR1及下游磷转运基因的表达进行分析,并对转基因材料进行表型分析,测定其主根长、鲜重、总磷及无机磷(phosphate,Pi)含量。【结果】毛叶苕子转录组中有13个PHR基因,转录本129590、96227、120424与拟南芥的PHR1相似度最高,其中转录本120424在低磷诱导下表达量最高,将该转录本命名为VvPHR1基因。该基因cDNA全长1008 bp,编码335个氨基酸...     

浙粳22类病斑突变体spl(t)特征及其基因定位

在浙粳22辐照的突变体库中,筛选出一个对环境不敏感的全生育期表达的类病斑突变体。遗传分析表明,该突变性状由1对隐性核基因spl(t)控制。利用SSR标记对类病斑突变体spl(t)与珍汕97B杂交构建的F2群体进行基因定位,把spl(t)基因定位在第12号染色体短臂端的着丝粒附近,位于SSR标记RM7195与RM27929之间的0.8cM区间内。锥虫蓝染色检测结果表明spl(t)类病斑的形成和发展是一个程序性细胞死亡的过程。进一步研究表明,这种程序性细胞死亡是由H2O2氧迸发而致。突变体经白叶枯病和稻瘟病鉴定,表明该突变体的抗病性与野生型品种浙粳22相仿。     

水稻淡黄叶突变体xws的光合特性与基因定位

为了解析水稻叶绿体发育和高光效育种中光合作用的机理,本研究以不育系P88S群体中发现的一株淡黄叶自然突变体xws为试验材料,对该突变体进行表型鉴定和光合特征分析,并对其进行精细定位和候选基因分析。结果表明,xws在整个生育期叶片、茎和穗均呈淡黄色。与野生型相比,xws叶片、茎和穗的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著下降。透射电镜观察结果发现,与野生型相比,xws嗜锇小体消失,类囊体数量减少。xws的净光合效率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO₂浓度和叶绿素荧光参数与野生型相比均降低。以xws与R032杂交的F₂群体作为定位群体,将基因精细定位至水稻第3号染色体分子标记WY242和WY119之间,其物理距离为51.7 kb。本研究结果为进一步研究水稻叶绿体发育,从而提高水稻光合作用和分子调控网络途径提供了理论支撑。     

水稻窄叶突变体zy103突变基因鉴定

为通过叶形相关基因定位与克隆解析水稻叶形变异的分子机制,本研究以籼稻品种9311与粳稻品种豫粳6号的杂交F₇株系中发现的窄叶突变体zy103为试验材料,应用(zy103/9311)F₂、F₃分离群体对窄叶基因进行精细定位及候选基因预测。表型分析表明,突变体zy103出现全生育期叶片变窄微卷、株高及结实率降低、成熟种子弯曲变形等变异表型。遗传分析和基因定位结果表明,突变体zy103受1对隐性核基因控制,该基因被定位于第12号染色体195.4 kb的区间内,此区间内共预测了28个编码基因。对区间内与水稻叶形态建成相关的OsCSLD4(LOC_Os12g36890.1)基因进行测序,结果表明,突变体中OsCSLD4基因的编码区第2外显子第3 472~第3 479处有8个核苷酸(TGTGCCAC)缺失,造成移码突变,导致原编码蛋白第Ⅶ和第Ⅷ跨膜区保守功能结构域丢失,推测OsCSLD4是引起突变体zy103窄叶突变的目的基因。本研究结果为解析水稻窄叶形成的分子机理和水稻理想株型育种奠定了一定的理论基础。