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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

一个新的玉米黄化突变体的初步研究

对新发现的玉米黄化突变体的形态特征进行观察,发现突变体茎秆纤细,叶片细长。光合色素含量测定结果表明,突变体叶绿素a(cla),叶绿素b(clb),类胡萝卜素(caro)和总叶绿素(chl)含量均极显著低于正常自交系,caro/chl显著高于正常自交系,推测突变体为总叶绿素缺乏型突变。用透射电镜对叶绿体超微结构进行观察,发现突变体叶绿体内部有较多嗜锇颗粒,叶绿体结构松散紊乱,基质片层间隙大,有扩张趋势,但基粒数目及垛叠层数在突变体与正常自交系间无明显差异,叶绿体数目在突变体与正常自交系间无显著差异。说明该突变体叶色改变可能与光合色素含量的减少及叶绿体基质片层的结构有关或与叶绿体内大量嗜锇颗粒的存在有关。     

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。     

水稻脆秆褐穗突变体fb1的鉴定与基因定位

为鉴定新的脆杆突变体,从籼型水稻恢复系缙恢10号的甲基磺酸乙酯(EMS)诱变体库中鉴定了一个全生育期植株变脆且开花后稻穗呈褐色的突变体,暂命名为脆秆褐穗突变体fb1,对其进行了机械强度、光合色素含量、木质素和纤维素含量等测定,并开展了遗传分析和基因定位等研究。结果表明,与野生型相比,fb1茎秆和叶片的最大载荷分别下降了43.3%和63.1%,茎秆的纤维素和木质素含量分别为野生型的76.5%和66.6%,叶片的纤维素和木质素含量则分别为野生型的91.0%和95.5%,均显著降低。开花前,fb1的穗部性状与野生型相比无变化,开花后颖壳逐渐褐化,成熟后呈灰褐色。fb1的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别为野生型的74.8%、90.5%和85.3%,均呈显著或极显著下降。遗传分析表明,该性状受一对隐性核基因调控,基于西农1A/fb1的F2群体,利用SSR等分子标记最终将调控基因FB1精细定位在第1染色体SSR标记RM1268和RM11669之间42 kb的物理范围内,包含7个注释基因。该研究结果不仅为FB1基因的图位克隆奠定了基础,也为植物细胞壁发育分子机理研究和新能源水稻育种提供了材料。     

水稻脆秆矮生突变体鉴定及基因定位研究

经过氮离子束处理的籼稻品种9311,其M₂代中发现1株茎、叶均较脆且株高偏矮的突变体,暂定名为矮脆(dfr)。该突变体株高74.5cm,而野生型株高为122.9cm;细胞壁成分分析表明,突变体和野生型叶片纤维素含量分别为13.8%和23.8%;半纤维素分别为24.2%和20.6%;突变体和野生型茎秆的纤维素含量分别为22.3%和34.1%;半纤维素分别为30.3%和18.6%;细胞壁其他成分无明显变化。遗传分析表明,该突变体脆性矮生性状受单隐性基因控制;以突变体dfr与02428杂交组合的F₂代群体为基因定位群体,利用SSR分析标记将dfr突变位点定位在2号染色体,位于SSR分子标记的RM5472和RM240之间,遗传距离分别为1.1cM和1.6cM。这些结果为研究脆秆矮生突变体及其基因克隆打下基础。     

水稻心白突变体xb1的淀粉理化特性分析

淀粉是稻米胚乳的主要成分,解析其理化特性对改良水稻品质具有十分重要的意义。为了探究心白稻米淀粉的理化特性,本研究以经EMS诱导粳稻品种辽星1号获得的心白突变体xb1为材料,利用扫描电镜、激光粒度分析仪、RVA快速黏度分析仪、差示扫描量热仪等方法,对形态结构、淀粉颗粒结构和粒径分布、糊化特性及热力学特性等进行了分析。结果表明,与野生型相比,突变体xb1籽粒的粒宽、粒厚和千粒重均显著降低;淀粉结构和淀粉粒粒径分布均发生改变,淀粉粒粒径值大于13左右的淀粉粒数量明显低于野生型;突变体种子中蛋白质含量极显著高于野生型,总淀粉含量极显著低于野生型,而直链淀粉含量没有明显改变;在支链淀粉分支结构上,聚合度(DP)在6~9之间的短链及25~35之间的中长链比例有所增加,而DP值在10~24之间的中短链及36~50之间的长链比例有所减少;突变体xb1淀粉的糊化起始温度(To)、峰值温度(Tp)、终止温度(Tc)和糊化距离(Tr)均未发生明显改变,只有热焓值(△H)极显著提高。同时,突变体xb1的RVA谱特征值中,热浆黏度(HPV)、峰值黏度(PKV)、冷胶黏度(CPV)和消减值(SBV)极显著提高,崩解值(BDV)和回复值(CSV)极显著降低。本研究结果为探索垩白形成的生理机制以及进一步的基因克隆奠定了基础。     

黑暗下贮藏温度对西瓜幼苗叶片超微结构及光合特性的影响

为探索贮藏温度影响种苗质量的光合生理机制,以西瓜品种早佳8424嫁接苗为材料(砧木为南瓜品种壮士),研究黑暗条件下25℃和15℃贮藏温度对西瓜幼苗叶片超微结构及其光合特性的影响。结果表明,黑暗贮藏造成叶绿体内片层排列紊乱、片层数量减少,叶绿体内淀粉粒消失;PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均随着黑暗贮藏时间的延长持续降低;贮藏4 d内,Pn、Gs和胞间CO₂浓度(Ci)同步降低,此时是气孔限制造成的Pn降低;贮藏时间延长至6 d,Pn和Gs继续下降,Ci却显著上升,非气孔限制成为Pn降低的主要因素。与15℃黑暗贮藏相比,25℃黑暗贮藏6 d的叶绿体片层结构受损更严重,叶绿体内有较多的嗜锇颗粒,且F_v/F_m、Φ_PSⅡ、Gs和Tr显著低于前者。定植后,从贮藏时间看,黑暗贮藏4 d的幼苗F_v/F_m、Φ_PSⅡ和叶绿体结构在定植后6 d均能恢复至对照(CK)水平,贮藏6 d的幼苗叶绿体结构和Pn则不能完全恢复;从贮藏温度看,25℃黑暗贮藏6 d,F_v/F_m和Φ_PSⅡ在定植后6 d不能恢复;而15℃黑暗贮藏6 d,F_v/F_m和Φ_PSⅡ在定植后6 d均可恢复。两种黑暗贮藏温度导致的幼苗地上部干重降低在定植后6 d均不能恢复到CK水平,但15℃黑暗贮藏显著高于25℃黑暗贮藏。与25℃黑暗贮藏相比,15℃黑暗贮藏的幼苗能够保持较好的叶绿体结构,较高的碳同化水平和PSⅡ光化学活性以及定植后较快的光合性能恢复和物质积累速度。综上,建议西瓜种苗低温黑暗贮藏不宜超过6 d,而常温黑暗贮藏应控制在4 d内。本研究结果为瓜类种苗贮藏及植物对光温胁迫响应的生理机制研究提供了理论参考。     

晚粳稻品种浙粳22内稃突变体基因的遗传分析和基因定位

晚粳稻品种浙粳22内稃突变体是60Co γ射线对浙粳22辐照后选到的内稃约有正常内稃一半大小的突变体。遗传分析表明,该突变性状由1对隐性基因控制。该内稃突变体与籼稻珍汕97杂交的F₂群体,采用SSR分子标记对突变性状基因进行初步遗传定位,把内稃突变基因定位在第9号染色体上,暂将该突变基因命名为hig1,位于RM6051和RM556之间,遗传距离为12.7cM。     

温度对水稻突变体W1叶色及叶绿素生物合成的影响

本文研究了温度对水稻突变体W1叶色及叶绿素 (Chl)生物合成的影响。W1是温敏型叶色突变体 ,叶色转变的临界温度约为 2 3℃。在高温下 ,突变体W1的Chl和类胡萝卜素 (Caro)含量与对照无显著的差异 ,幼苗呈绿色 ;低温 (1 5～ 2 0℃ )下W1的Chl和类胡萝卜素 (Caro)含量明显较低 ,表现白化。突变体W1白化苗中的Chla和Chlb含量同时下降 ,Caro Chl的比值增大 ,说明该突变体属于不是由Caro降低而导致的总叶绿素缺陷型。白化苗中Chl生物合成的中间产物原叶绿素 (酸 ) (Pchl)、镁原卟啉 (Mg proto)、原卟啉IX(ProtoIX)含量减少 ,而δ 氨基酮戊酸 (ALA)和胆色素原(PBG)大量积累 ,证明突变体W1低温下Chl生物合成卟啉原形成部位受阻     

谷子黄叶色突变体光合特性研究

为解析谷子黄叶色突变体高光合特性机理,以野生型豫谷1号为对照,分析了谷子全生育期黄叶色突变体ylm-1和ylm-2的光合色素、光合速率、气孔特性、荧光参数、光合关键酶活性和产量性状。结果表明,突变体光合色素含量为野生型豫谷1号的50%~60%,强光下突变体光合速率(Pn)较野生型显著提高,且无明显的“午休睡眠现象”;ylm-1和ylm-2气孔导度(Gs)显著增加。荧光参数结果显示,与野生型相比,突变体的光能利用效率和转化效率明显增加,光合关键酶1,5二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)活性明显降低,而ylm-1和ylm-2磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)和苹果酸酶(NADP-ME)活性分别增加了23.3%、24.4%和12.9%、15.5%。产量相关性状分析表明,突变体单穗质量、穗粒质量及千粒质量较野生型显著增加。本研究结果为谷子高光效及分子标记辅助选择育种提供了重要的理论依据。