水稻phyC突变体叶绿素合成及光合荧光特性的研究

Study on chlorophyll synthesis and photosynthetic fluorescence characteristics of phyC mutant in rice

光敏色素是植物的重要感光器之一,在光形态建成过程中起重要作用,同时也参与调控叶绿素的合成。江苏省农业科学院利用CRISPR/Cas9技术敲除了南粳46中的PHYC,发现突变体抽穗期提前,而且相较于南粳46,其千粒重增加,但对其光合特性没有过多阐述。本研究以南粳46phyC突变体(phyC)与南粳46野生型(WT)为材料,利用光合仪、荧光仪分别测定2种水稻材料的光合参数、叶绿素荧光参数;测定水稻叶片的叶绿素含量、叶绿素合成前体物质含量,并进一步分析2种水稻材料中叶绿素合成相关基因的表达情况,以期对突变体的光合生理性能进行初步探究。结果表明,和WT相比,突变体phyC的叶绿素含量在孕穗期、齐穗期明显增加,但在灌浆期却显著下降;突变体phyC叶片叶绿素合成代谢中间产物5-氨基乙酰丙酸(ALA)、胆色素原(PBG)、尿卟啉原Ⅲ(UrogenⅢ)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)、镁原卟啉Ⅸ(Mg-ProtoⅨ)、原脱植基叶绿素(Pchlide)的含量均显著高于WT;在光合参数方面,phyC的净光合速率在孕穗期、齐穗期高于WT,在灌浆期低于WT;phyC的单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)、耗散的光能(DIo/RC)、捕获的光能(TRo/RC)、PSⅠ端还原电子的效率(REo/RC)、综合性能指数(以吸收为基础)(PIabs)在孕穗期、齐穗期均高于WT,而在灌浆期均低于WT;此外,phyC的叶绿素合成与降解相关基因的表达水平在3个生育期都有所上调。这表明敲除PHYC可以使得叶绿素合成及降解基因的表达量提高,从而使得在孕穗期和齐穗期叶绿素含量提高,荧光参数提高,最终导致光合速率提高。在灌浆期,phyC叶绿素的生物合成可能是在原脱植基叶绿素到叶绿素a的合成过程中受到阻抑,该过程需要光的参与,可能是由于PHYC的敲除使得在这个时期phyC对光照的吸收与利用能力有所下降。