水稻黃綠葉突變體ygl13的鑒定和候選基因分析.pdf

1、水稻是我國(guó)四大糧食作物之一，其中全球近50％的人口以大米為主食。水稻的光合作用是水稻產(chǎn)量構(gòu)成的關(guān)鍵因素之一，葉綠素是植物葉肉細(xì)胞內(nèi)葉綠體參與光合作用的重要色素，在光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換中也起著關(guān)鍵作用。葉綠素能使有機(jī)體呈現(xiàn)綠色，葉綠素主要存在于細(xì)胞器葉綠體中。水稻葉色突變是一種比較常見的突變性狀，涉及到的突變基因往往直接或間接影響葉綠素的合成以及降解和影響葉綠體發(fā)育，從而影響水稻光合作用，造成植株減產(chǎn)甚至死亡。近年來(lái)大量調(diào)查研究結(jié)果表明

2、，葉色突變體是植物葉綠素的生物合成和降解途徑、葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能、葉綠體的遺傳發(fā)育調(diào)控機(jī)理、光合作用機(jī)制、農(nóng)作物標(biāo)記性狀等研究的理想材料。本研究從利用EMS（Ethyl methane sulfonate）誘變秈稻恢復(fù)系縉恢10號(hào)產(chǎn)生的突變體庫(kù)中，篩選獲得1份穩(wěn)定遺傳的黃綠葉突變體ygl13(ye llow-g reen leaf13)。以野生型秈稻縉恢10號(hào)和突變體ygl13為材料，開展了形態(tài)學(xué)鑒定、葉綠體發(fā)育的透射電鏡觀察、農(nóng)藝性狀

3、考察、遺傳分析、載體構(gòu)建、基因定位和克隆計(jì)以及基因表達(dá)模式的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴突變體ygl13(ye llow-g reen leaf13)在苗期，葉片即呈現(xiàn)出黃綠色，且該表型一直持續(xù)到成熟期。在苗期和孕穗期，與野生型縉恢10號(hào)相比，yg l13突變體葉片的類胡蘿卜素和葉綠素等光合色素含量均極顯著降低。ygl13的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量和類胡蘿卜素含量在苗期分別降低了41.9%、43.8%、42.3%和3

4、3.5%，在孕穗期分別降低了33.3%～41.6%、42.5%～46.8%、35.4%～43.5%和30.8%～41.6%。⑵與野生型相比，突變體ygl13的葉肉細(xì)胞結(jié)構(gòu)與野生型相比雖無(wú)明顯差異，但從葉肉細(xì)胞內(nèi)部的葉綠體結(jié)構(gòu)來(lái)看，突變體葉綠體類囊體結(jié)構(gòu)異常，基粒片層明顯減少，排列疏松且呈不規(guī)則的散亂分布。⑶在成熟期分別測(cè)量野生型和突變體ygl13的劍葉、倒二葉和倒三葉的葉長(zhǎng)和葉寬，結(jié)果顯示，與野生相比，突變體ygl13劍葉和倒二葉的葉長(zhǎng)

5、極顯著增加，分別增加了34.75%和22.62%。大田拷種結(jié)果分析表明，與野生型相比，突變體ygl13的株高極顯著降低了12.33%，結(jié)實(shí)率顯著降低了18.82%，每穗總粒數(shù)顯著升高了26.06%，穗長(zhǎng)、有效穗、每穗實(shí)粒數(shù)和千粒重?zé)o顯著差異。⑷利用葉片表型為正常綠色的不育系秈稻西農(nóng)1A作為母本，與黃綠葉突變體ygl13進(jìn)行雜交，得到的F1植株葉片均表現(xiàn)為正常綠色，而在F1自交的F2群體中出現(xiàn)了葉色性狀分離，其中正常單株1942株，黃綠色

6、突變株602株，經(jīng)χ2檢驗(yàn)，正常單株數(shù)和突變株符合3:1的分離比例(χ2=2.35＜χ20.05=3.84），表明ygl13的黃綠葉性狀受一對(duì)隱性核基因控制。⑸利用BSA法篩選連鎖標(biāo)記，結(jié)果顯示目的基因與 RM6429和 RM310連鎖，用網(wǎng)站公布的SSR引物和自主合成的InDel(Insert/Delet)標(biāo)記將目的基因定位在InDe l標(biāo)記ID43和ID69之間，兩標(biāo)記的交換株數(shù)分別為44株和6株，且遺傳距離分別為4.5cM和0.5

7、cM，標(biāo)記之間的物理區(qū)間約為318kb。⑹參考NCBI、gramene、Rice Genome Browser以及國(guó)家水稻數(shù)據(jù)中心等網(wǎng)站對(duì)定位區(qū)間318kb內(nèi)52個(gè)注釋基因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)1個(gè)脂酰輔酶A結(jié)合蛋白，2個(gè)核糖體蛋白，2個(gè) F-box和 DUF結(jié)構(gòu)域結(jié)合蛋白，2個(gè)三角狀五肽重復(fù)蛋白，1個(gè)紅素氧還蛋白，1個(gè)MYB家族轉(zhuǎn)錄因子，1個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)域結(jié)合蛋白，1個(gè)RNA聚合酶因子，1個(gè)線粒體D AD H-脫氫酶亞基，1個(gè)自水解酶結(jié)構(gòu)蛋白，1

8、個(gè)類纖維素合酶，1個(gè)分泌轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，1個(gè)胞苷酰轉(zhuǎn)移酶，1個(gè) DN A-J結(jié)構(gòu)域蛋白，1個(gè)跨膜蛋白，1個(gè)無(wú)腦回類似蛋白，1個(gè)nuf2家族蛋白，1個(gè) mps粘和激酶，1個(gè)DNA聚合酶δ亞基，1個(gè)應(yīng)激蛋白，3個(gè)假定蛋白，20個(gè)表達(dá)蛋白，6個(gè)轉(zhuǎn)座反轉(zhuǎn)座蛋白。選取其中12個(gè)可能和葉色相關(guān)的基因進(jìn)行測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)yg l13突變體在OsSIG1編號(hào)LOC_Os08g06630基因編碼區(qū)的第1005個(gè)堿基G突變?yōu)閴A基A（位于第三外顯子），造成編碼色氨酸