水稻叶脉白化突变体wpsm的遗传分析与基因定位

叶绿素是植物生长发育必不可缺的元件。叶色突变体的发掘与研究在叶绿体发育、叶绿素代谢、光合作用等研究中具有重要作用。利用化学诱变剂EMS诱变水稻(Oryza sativa L.)籼型恢复系缙恢10号,从其后代中筛选出一份突变性状稳定遗传的叶脉白化突变体wpsm (white primary and secondary midrib)。与野生型相比,该突变体苗期表现正常,孕穗后期剑叶、倒二叶、倒三叶整张叶片的主叶脉和次级叶脉白化,叶肉细胞无显著变化,该性状一直持续到成熟期。抽穗期突变体wpsm的光合色素含量极显著低于野生型,净光合速率(P_n)及表观电子传递速率(ETR)极显著降低,株高、每穗实粒数、千粒重、结实率等农艺性状均显著降低。该突变性状受一对隐性核基因调控,利用892株西农1A/wpsm的F₂隐性定位群体,将该基因定位在第6染色体上引物InDel 10与InDel 4之间,遗传距离分别为0.06 cM和0.12 cM,物理距离约为56 kb。本研究为WPSM基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻类病变突变体cdb的遗传分析与基因定位

水稻类病变突变体是解析植物细胞死亡和相关抗性机制的重要材料。本研究通过EMS诱变粳稻品种‘黎榆B’,获得了一个遗传稳定的类病变突变体cdb(Cell death like blast)。突变体从分蘖期开始在叶片上出现中间部位呈褐色、边缘为橙黄色的不规则坏死斑,出斑2～3周之内扩散至整个叶片和叶鞘,成熟期坏死斑蔓延至整株,叶片早枯,植株失去再生能力。与野生型相比较,突变体cdb粒型发生显著变化,粒宽增加,粒厚减小,花粉育性有一定丧失,结实率显著下降。遮光实验结果表明,cdb病斑表型的发生受自然光照的激发。光合色素含量测定和光合速率指标测量结果发现,突变体cdb的光合色素含量与野生型相比明显降低,净光合速率呈极显著下降。遗传分析结果表明,突变体cdb的病斑性状受单隐性核基因控制。基因定位发现该基因位于12号染色体上,在标记RM12CD05和RM1047之间约5.0 cM区域内,该区域内未存在明确定位克隆的水稻类病变突变基因,说明cdb是一种新的水稻类病变突变体。本研究为下一步该类病变基因的克隆、功能分析、类病变形成机制探究以及突变基因应用提供理论依据。     

水稻类病变突变体c5的遗传分析与目标基因的精细定位

水稻类病变突变体c5是由粳稻品种中花11种子经化学诱变剂EMS (甲基磺酸乙酯)诱变处理得到的。该突变体叶片在三叶期开始出现近似圆形褐色斑点,经DAB染色和台酚蓝染色显示这些斑点积累了过多的H₂O₂并引起程序性细胞死亡。与野生型相比,突变体c5的成熟期株高从110.4 cm减少到74.6 cm,有效分蘖数和每穗着粒数分别减少23.7%和28.5%,千粒重和结实率都显著降低,此外,c5还表现出对白叶枯病菌的广谱抗病性,对10个菲律宾生理小种都有强烈的抗性反应。遗传分析表明,c5的突变性状受单隐性核基因控制。利用c5和明恢86配组形成的包含6269个单株的F₂群体和18个分子标记,将c基因限定在水稻第5染色体长臂STS标记S41和S47之间大约102 kb的遗传距离内。序列分析发现该区间内其中有11个编码基因,且它们与现已报道的类病变基因都不同,暗示c5可能是一个新型类病变性状控制基因。     

水稻白化突变体遗传机理与发掘利用研究进展

在自然界中存在大量的叶色突变体,对叶色突变体的研究可以探索叶绿体发育进程、光合色素代谢及核质互作信号通路等。随着分子生物学的发展,越来越多的水稻叶色突变基因被挖掘利用。本研究从水稻白化突变体类型、产生原因及作用机理等方面进行论述,并介绍了白化突变体在水稻杂交育种及基础研究中的应用价值,为深入发掘利用水稻白化突变基因提供一些建议。     

水稻早衰突变体esl6的鉴定与基因定位

自然衰老提高了植物对环境的适应性,是其生长发育的重要生命历程,但在农业生产中,叶片一旦早衰,将极大影响作物的产量和品质。为探索水稻叶片衰老的分子机理,我们对EMS诱变获得的一个早衰突变体esl6进行了研究。田间种植情况下,四叶期之前,esl6与野生型无明显差异,之后心叶发育成完整叶后叶尖黄化,叶基部保持正常绿色,一直持续到开花期;在灌浆期,esl6的所有叶片均不同程度地黄化早衰,且叶片上部的衰老程度明显严重于叶片基部。衰老部位细胞结构异常,主要表现为细胞膜破裂、液泡变大和细胞器不完整等,叶绿体中基质类囊体破裂,含有较多的淀粉粒。与野生型相比,esl6叶尖衰老部位的SOD、CAT和POD活性以及超氧阴离子O₂^?、H₂O₂和羟自由基·OH含量均极显著升高。早衰不仅导致esl6叶片光合色素含量和净光合速率极显著降低,还引起esl6的植株变矮和叶片变短,倒一和倒二节间极显著变短是导致esl6植株矮化的主要原因。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控,利用西大1A/esl6的F₂分离群体,最终将调控基因定位在第9染色体203 kb的物理范围内,为下一步基因的克隆和功能研究奠定了基础,有利于水稻叶片衰老分子机理的阐释。     

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.     

水稻类病斑突变体spl31的遗传分析与基因定位

利用EMS诱变水稻籼型恢复系缙恢10号, 从其后代中鉴定出一个类病斑突变体spl31, 该突变体三叶期以前表型正常, 四叶期后叶片陆续出现黄色斑点, 随着植株的生长, 面积逐渐扩大成边缘黄褐色的病斑, 至成熟时病斑相互连接成片, 导致叶片坏死。透射电镜结果显示突变体细胞的叶绿体基粒片层堆叠不规则。组织化学分析显示突变体细胞被染成深蓝色, 呈离散状分布, 说明spl31病斑是自发形成的。光合数据显示spl31基因突变对病斑叶片正常部位细胞的光系统II影响较小。农艺性状分析发现突变体千粒重下降、结实率降低。遗传分析表明, spl31的突变性状由1对隐性核基因控制, 该基因被定位于水稻第12染色体着丝粒附近, 引物ID104和ID11之间, 物理距离为383 kb, 并与标记ID105共分离。     

一个新的水稻短根毛突变体的遗传分析和基因定位

根毛是植物吸收水分和养分的重要器官。本研究从T-DNA突变体库中获得一个以中花11为遗传背景的水稻短根毛突变体, 命名为ossrh3 (Oryza sativa short root hair 3)。该突变体的根毛伸长严重受阻, 并且伴随株高、主根长、侧根长和侧根数目等性状的改变。遗传分析表明该突变性状受1对隐性单基因控制, 利用ossrh3纯合体和籼稻品种Kasalath杂交构建F₂定位群体, 利用已公布的水稻SSR (simple sequence repeat)和自行设计的STS (sequence- tagged site)标记, 最终将OsSRH3定位在水稻第1染色体上的标记S38978和S39016之间, 物理距离约为37.7 kb, 包含8个候选基因, 为进一步克隆OsSRH3基因和研究禾本科作物根毛发育的分子调控机理提供了依据。     

水稻叶片灰白转黄突变体pyr1的鉴定与基因定位

鉴定和克隆叶色突变基因对于深入了解叶绿素合成、降解途径的关系以及植物的光合作用有着重要的作用。从EMS诱变恢复系缙恢10号后代中鉴定出1个灰白转黄突变体pyr1,该突变体在苗期部分死亡,整张叶片呈现灰白色,在不同的生育时期叶片呈现不同的颜色,直到孕穗期叶片上部和叶缘表现黄色。苗期到抽穗期突变体叶绿素含量比野生型显著或极显著降低。透射电镜观察表明,突变体与野生型细胞结构无明显差异,但叶绿体发育异常,内部大量降解,基质片层退化。遗传分析表明该性状受1对隐性基因控制,利用326株F₂隐性定位群体将PYR1基因定位在第1染色体长臂上,位于标记RM11722和Ind1之间,物理距离约92 kb,本研究为PYR1基因的图位克隆奠定了基础。     

一个水稻长穗颈突变体eui1(t)的鉴定和基因定位

利用EMS(甲基磺酸乙酯)诱变优良恢复系缙恢10号种子,在其后代获得了一个长穗颈高秆突变体,暂命名为eui1(t)。与诱变亲本相比,倒一节间、倒二节间和穗颈显著伸长,其中,顶节间伸长最为明显。遗传分析表明,该性状受一对隐性核基因控制。利用西农1A/eui(t)的F2群体进行基因定位,初步将eui1(t)基因定位在第5染色体长臂末端,位于SSR分子标记RM3321和RM26内侧,分别相距12.3cM和15.8cM。     

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.     

水稻类病变突变体c5的遗传分析与目标基因的精细定位

水稻类病变突变体c5是由粳稻品种中花11种子经化学诱变剂EMS (甲基磺酸乙酯)诱变处理得到的。该突变体叶片在三叶期开始出现近似圆形褐色斑点,经DAB染色和台酚蓝染色显示这些斑点积累了过多的H₂O₂并引起程序性细胞死亡。与野生型相比,突变体c5的成熟期株高从110.4 cm减少到74.6 cm,有效分蘖数和每穗着粒数分别减少23.7%和28.5%,千粒重和结实率都显著降低,此外,c5还表现出对白叶枯病菌的广谱抗病性,对10个菲律宾生理小种都有强烈的抗性反应。遗传分析表明,c5的突变性状受单隐性核基因控制。利用c5和明恢86配组形成的包含6269个单株的F₂群体和18个分子标记,将c基因限定在水稻第5染色体长臂STS标记S41和S47之间大约102 kb的遗传距离内。序列分析发现该区间内其中有11个编码基因,且它们与现已报道的类病变基因都不同,暗示c5可能是一个新型类病变性状控制基因。     

水稻卷叶突变体rl28的特性与基因定位

叶片是光合作用的主要器官,适度卷曲有利于改善群体光照,提高光能利用率,因此,发掘和研究叶片发育相关基因是改良株型和植物生长发育研究的重要基础工作。本研究报道了一个新的水稻稳定遗传卷叶突变体rolled leaf 28(rl28),与野生型相比,rl28从拔节期起叶片开始沿中轴脉向内侧卷曲,叶片的卷曲度均极显著高于野生型,且叶夹角也不同程度小于野生型。扫描电镜及石蜡切片观察表明,rl28叶片单位面积气孔数、气孔导度显著高于野生型,蒸腾速率极显著高于野生型,rl28中脉增大及临近的2个泡状细胞数量减少。遗传分析表明该突变性状受1对隐性核基因控制,RL28基因被定位在第5染色体标记5-43和5-34之间,物理距离为90 kb。本研究将为RL28基因的图位克隆及功能研究奠定基础。     

水稻窄叶突变体nal7(t)的遗传分析与基因定位

本研究以恢复系缙恢10号为试验材料,经过EMS诱变,对水稻叶突变进行了研究。结果表明,群体中发现一个窄叶突变体,表现为叶片变窄、节间变细、结实率降低等一系列突变表型。成熟期的功能叶片宽度为野生型的74.69%,倒一、二、三节的宽度分别为野生型的45.10%、57.38%、74.63%,总叶脉数为野生型的67.36%。遗传分析表明该突变性状受一对隐性核基因控制,利用SSR标记将其定位在第3染色体长臂RM14379和RM14427之间,遗传距离分别为2.1cM和3.0cM。因与nal7位于相同的染色体区段,暂命名为nal7(t)。     

水稻叶片淀粉积累及早衰突变体esl9的鉴定与基因定位

利用EMS诱变籼型三系保持系西农1B,获得了一个新的水稻叶片淀粉过度积累而导致的早衰突变体esl9(early senescence leaf 9)。该突变体苗期叶片呈淡绿色,分蘖期开始除心叶外的叶片从叶尖开始黄化衰老,逐渐延伸至叶中上部,基部保持绿色,该性状一直持续到成熟。与野生型相比,esl9叶片光合色素含量下降,O_2~-、·OH和H_2O_2等活性氧含量上升,保护酶系统中SOD和CAT活性降低。组织化学分析表明,esl9叶片中积累了大量的淀粉颗粒,淀粉含量显著上升;qRT-PCR结果显示,淀粉合成途径相关基因上调,磷酸丙糖(TP)分配途径基因下调,推测基因突变可能改变了TP的分配途径,导致叶片过度积累淀粉,破坏叶绿体结构,光合系统受阻,活性氧增多,引起叶片黄化衰老。遗传分析表明该突变体受一对显性核基因调控,ESL9位于第11染色体标记S11-110与S11-87之间,物理距离为304.9 kb,这为进一步基因克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻早衰突变体esl2的遗传分析和基因定位

利用EMS诱变水稻籼型恢复系缙恢10号, 从其后代中鉴定出一个早衰突变体esl2, 苗期正常, 孕穗期开始叶尖和叶缘黄化衰老。与野生型相比, 孕穗期和抽穗期光合色素含量均显著下降, 抽穗期倒一叶的超氧化酶歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白(SP)含量降低, 活性氧(ROS)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)和脯氨酸(PRO)含量或活性增加。超微结构观察表明, esl2衰老部位的细胞多中空且形状不规则, 伴随细胞裂解、细胞质溶解等特征; 同时, 叶绿体结构异常, 叶绿体膜溶解、基粒模糊, 基质片层疏松, 类囊体发育异常。遗传分析表明, 该突变体受一对隐性核基因调控。利用1 005株西农1A/esl2的F₂隐性定位群体, 最终将Esl2定位在第4染色体SSR标记RM17122和swu4-13之间, 物理距离约244 kb, 这为Esl2基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

一个新的水稻黄绿叶突变体的遗传分析与基因定位

通过化学诱变获得一份稳定遗传的水稻黄绿叶突变体D83。该突变体苗期植株呈黄绿色,分蘖期开始逐渐转为淡绿色。与野生型相比,突变体苗期叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别下降45.03%、53.93%和39.56%,成熟期每穗着粒数减少9.45%,千粒重下降10.76%。对D83与正常绿色品种杂交F₁、F₂代的遗传分析表明,D83的突变性状由一对隐性核基因控制。以D83/浙福802 F₂代作定位群体,应用分子标记将D83所携带的突变基因定位于水稻第2染色体短臂的SSR标记RM110附近,InDel标记Ch2-27和Ch2-32之间,该基因与这2个InDel标记的遗传距离分别为1.2 cM和2.3 cM。认为D83所携带的突变基因是一个新的水稻黄绿叶突变基因,暂命名为chl13(t)。     

水稻ygl80黄绿叶突变体的遗传分析与目标基因精细定位

通过化学诱变获得遗传稳定的水稻黄绿叶突变体ygl80。与野生型亲本10079相比,ygl80突变体在苗期和孕穗期叶片叶绿素分别下降76.64%和54.59%,类胡萝卜素含量分别下降53.85%和41.18%,成熟期株高、每株有效穗数、每穗着粒数、穗长和千粒重分别减少14.8%、16.5%、21.3%、9.1%和7.4%。遗传分析表明,ygl80的突变性状由1对隐性核基因控制。利用(ygl80/浙辐802) F₂作为定位群体, 将突变基因定位在第5染色体长臂InDel标记C2和C3之间,遗传距离分别为0.24 cM 和0.39 cM,两标记之间的物理距离约为90 kb,此区间内包含11个预测基因。基因组序列分析发现,ygl80突变体在编码叶绿素合酶的YGL1(LOC_Os05g28200)基因编码区第5027碱基处(位于第14外显子),碱基C突变为碱基T,使编码蛋白序列第348位的脯氨酸(Pro)突变成亮氨酸(Leu)。该基因是已报道的水稻ygl1黄绿叶突变基因的等位基因。ygl80突变体在整个生育期都表现为黄绿叶,而ygl1突变体在苗期叶片黄化,中期慢慢转绿,后期叶色以及总叶绿素和类胡萝卜素的含量接近野生型,这可能是YGL1基因编码的叶绿素合酶蛋白的氨基酸不同突变位点造成的。     

一个水稻黄绿叶突变基因的定位和遗传研究

从粳稻品种日本晴经⁶⁰Co诱变的M₁材料中发现一个黄绿叶突变体, 其叶片从萌发到三叶前期表现白化, 三叶后期开始转为黄绿叶, 直到衰老。遗传分析表明, 该突变表型受一对隐性核基因控制, 将该黄绿叶突变体暂定名为ygl8951。与野生型相比, ygl8951的叶绿素含量与类胡萝卜素含量显著降低。电子显微镜观察表明ygl8951内叶绿体数量明显减少, 叶绿体内没有基粒类囊体, 只有类似间质类囊体结构。基因表达定量分析表明, 突变体中光系统I和光系统II基因表达水平明显下调, 核糖体结构基因和质体编码的RNA聚合酶亚基基因表达明显上调。利用ygl8951与籼稻品种黄华占杂交获得的F₂分离群体, 将该基因定位于水稻第6染色体上的In/Del标记607489与607611之间, 物理距离191 kb的范围内, 通过分析确认该基因为一个新的调控叶色的基因。