水稻黄绿叶突变体ygl14的鉴定与基因定位

发布时间：2020-10-20 02:59

　　 叶片是水稻进行光合作用的主要场所,其颜色变化与光合效率以及光合产物积累量息息相关。黄绿叶突变是水稻功能基因组学研究的一类重要来源,对揭示水稻叶绿素生物合成等相关机制研究具有重要意义。因此,鉴定更多地叶色突变体,并开展系统的表型鉴定及基因定位,有利于发掘更多水稻叶色调控基因。我们利用EMS诱变的籼型保持系西农1B,获得一个水稻全生育期呈现黄绿叶的突变体,暂命名为yellow green leaf 14(ygl14)。本研究以该突变体为材料,系统开展表型及理化鉴定、目标性状的精细定位,以及相关途径目标基因的表达量分析等研究,以揭示ygl14的表型及遗传特性,为目标基因的分离及其功能研究奠定基础。主要研究结果如下:1.突变体表型鉴定及主要农艺性状特征ygl14突变体植株叶片在整个生育期呈黄绿色。与野生型(西农1B,WT)相比,其株高、穗长、倒一及倒二叶长、结实率均增加,差异达极显著水平(P0.01);一次枝梗数、每穗实粒数显著增加(P0.05);而有效穗数、千粒重等则无显著变化。2.ygl14的光合特性在苗期、分蘖期和抽穗期,分别测定WT和ygl14突变体叶片的叶绿素含量。结果表明,ygl14突变体叶片在各时期的叶绿素a(chla)、叶绿素b(chlb)、总叶绿素(chlT)和类胡萝卜素(car)含量较WT均极显著降低(P0.01),且分别降低31.9%-40.0%、36.0%-52.2%、34.3%-42.2%、27.6%-38.7%。与WT相比,灌浆期突变体ygl14的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均极显著降低(P0.01),而胞间二氧化碳浓度则极显著增加(P0.01)。表明ygl14突变体叶绿素含量降低,光合能力受到影响。3.ygl14的细胞学检测冷冻切片结果显示,ygl14突变体叶片中叶绿体的数量较WT减少,且部分叶绿体结构被破坏。透射电镜表明,WT叶肉细胞中的叶绿体数量较多且体积较大,基质浓厚,基粒片层垛叠正常,具有正常的片层结构。而在ygl14突变体中,叶绿体数目明显减少且体积变小,部分叶绿体无正常的基粒垛叠,且所有的叶绿体中均有过多成形的淀粉粒堆积。表明YGL14突变致使其部分叶肉细胞的叶绿体异常发育。4.ygl14的遗传分析用表型正常的籼稻恢复系缙恢10号与ygl14杂交,F_1代植株表现为绿色,F_2代群体中植株出现分离,表现为双亲性状。F_2代群体中正常单株有3975株,黄绿叶表型的单株有1350株。经卡方检测表明正常株与突变株符合3:1的理论分离比(χ~2=0.35χ~2_(0.05,1)=3.84),表明ygl14突变性状是受一对隐性核基因控制。5.YGL14的精细定位选用400对均匀分布于水稻全基因组的SSR引物对缙恢10号和ygl14进行多态性筛选和分析连锁,初步将控制突变体目标表型的YGL14基因定位在第5染色体ZTQ48和RM3664之间,遗传距离分别为23.86cM和21.59cM。进一步在这两个标记之间开发新的SSR标记和InDel标记,将YGL14精细定位在T9和T10之间,物理距离为70.7 kb。该区间共有15个开放阅读框,其中7个编码假定蛋白,7个编码表达蛋白,最后1个编码产物为生长素转运调控蛋白的基因OsCOLE1。6.相关基因的表达量分析实时荧光定量检测水稻光合相关途径20个基因在WT与ygl14中的表达量。结果显示,在ygl14突变体中,叶绿素合成途径相关酶基因CHLD、CHLI、CHLM、HEMA1、DVR、PORA均不同程度下调;叶绿体发育及光合作用相关基因中,psaB、psbD、petA和ndhB转录水平表达大幅上调,而psaD、psbA、petB、petC、petD则下降;而Rubisco大小亚基编码基因rbcL、RbcS表达下降最为明显。表明YGL14基因突变可能会影响水稻叶绿素代谢和部分光合作用相关基因的表达。
【学位单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S511
【部分图文】：

第 4 章 结果与分析第 4 章 结果与分析4.1 ygl14 突变体的表型特征以及主要农艺性状田间观察表明，与野生型西农 1B 相比，ygl14 突变体典型特征是全生育期其叶色变淡, 呈黄绿色（图 4-1A-C）。成熟期对野生型和 ygl14 突变体进行农艺性状考察，结果表明，ygl14 突变体剑叶与倒二叶长较野生型增加 50.29%、26.09%，差异达极显著水平（P<0.01）；倒三叶长和 3 功能叶的叶宽无变化（图 4-1D-E）。此外，与野生型相比，ygl14 突变体的株高、穗长、结实率均极显著增加（P<0.01），一次枝梗数、每穗实粒数显著增加（P<0.05）；而有效穗数、每穗粒数、二次枝梗数等则无显著变化（表 4-1）。

绿素含量和类胡萝卜素含量较野生型均极显著降低（P<0.01）（图4-2）。其中，叶绿素 a 降低 31.9%-40.0%，叶绿素 b 降低 36.0%-52.2%，总叶绿素含量降低 34.3%-42.2%，类胡萝卜素含量降低 27.6%-38.7%。表明 ygl14 突变体黄绿表型叶是由其叶片光合色素含量降低引起。农艺性状 Agronomic trait 野生型 Wild type 突变体 Mutant株高 Plant height(cm) 86.1±3.1 91.1±3.0**穗长 Spikelet length (cm) 23.2±1.2 27.6±0.8**分蘖数 Tillering number 11.0±2.2 15.2±2.7有效穗数 Effective panicle 10.0±2.2 13.2±2.1每穗粒数 Grain number per panicle 146.8±31.8 157.1±23.5每穗实粒数 Filled grain number per panicle 121.2±27.5 141.6±20.1*结实率 Seed setting rate (%) 82.8±8.6 90.3±4.3**千粒重 1000-grain weight (g) 22.8±1.0 22.9±0.9一次枝梗数 No. of primary rachis branches 10.

图 4-3 抽穗期野生型（WT）和突变体 ygl14 的光合特性Fig.4-3. Photosynthesis efficiency of flag leaves between ygl14 and WT at heating stageA:抽穗期的光合速率 B: 抽穗期气孔导度 C: 抽穗期胞间 CO2浓度 D: 抽穗期蒸腾速率*:在0.05 水平上差异显著;**:在 0.01 水平上差异显著A Photosynthetic rate; B Stomatal conductance; C: Intercellular CO2concentration; D Transpirationrate. Double asterisk (**) indicates significantly different at P < 0.014.4 细胞学观察为进一步探明 ygl14 突变体的叶色变异是否因其叶绿体结构被破坏所引起，采用冷冻切片技术，观察野生型和 ygl14 突变体同一部位叶片的叶肉细胞结构。结果显示，在白光条件下，野生型植株的叶绿体排列紧凑、呈深绿色；而 ygl14 突变体植株则相反，排列疏松、呈黄绿色（图 4-4-A,C），表明突变体中叶绿体数量较野生型少。进一步在 488 nm 紫外条件下观察，发现野生型叶肉细胞呈现出饱和的红色（图 4-4-B, D）；而在 ygl14 突变体中，部分区域呈现红色且相对不饱和，部分区域则完全呈黑色。表明 ygl14 突变体的叶肉细胞中部分叶绿体结构已破坏，因此
【参考文献】

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本文编号：2848109