三个水稻联乙烯还原酶基因突变体的比较研究

【目的】探查水稻联乙烯还原酶基因OsDVR(Os03g22780)碱基序列不同突变引起的突变体表型差异,评估该基因作为叶色标记基因的育种应用潜力。【方法】以EMS化学诱变籼稻品种冈46B和粳稻品种日本晴得到的黄绿叶突变体为材料,利用高效液相色谱(HPLC)从中筛选积累联乙烯叶绿素的突变体,对获得的目标突变体进行遗传分析、基因定位及等位性测验,再对突变体的OsDVR进行DNA测序、编码氨基酸序列比对以及叶片光合色素、植株表型和主要农艺性状比较。【结果】从EMS诱变而来的53份黄绿叶突变体中筛选到2个新的积累联乙烯叶绿素的突变体590ys和525ys,其突变性状均由1对隐性核基因控制,突变基因均定位于已报道的824ys突变基因所在的染色体区域内,且经等位性测验证明均与824ys突变基因等位,因此它们都是OsDVR突变体。然而,590ys、525ys和824ys这3个突变体的OsDVR碱基突变位点和数目不同,导致编码蛋白的氨基酸突变位点和数目不同,造成它们在叶绿素含量、叶绿素组成、植株表型以及主要农艺性状和单株产量的极显著差异。其中,525ys突变体叶片淡黄色,植株生长发育、成熟期的主要农艺性状和单株产量所受影响相对较小,其突变基因基本上可满足对导入不育系的叶色标记基因的要求。【结论】水稻OsDVR碱基序列的不同突变可引起突变体表型和单株产量的极显著差异,该基因作为叶色标记基因在水稻遗传育种中可能具有较大的应用潜力。

高等植物叶绿素生物合成的联乙烯还原酶及编码基因研究进展

联乙烯还原酶(DVR)将各种叶绿素中间物质的8-乙烯基转化为乙基,是叶绿素生物合成必不可少的一个关键酶。迄今已在高等植物中检测到5种DVR活性。水稻和玉米的重组DVR蛋白能将联乙烯叶绿素a、叶绿素酸酯a、原叶绿素酸酯a、镁原卟啉Ⅸ单甲酯和镁原卟啉Ⅸ分别转化为相应的单乙烯物质,从而证实了这5种DVR活性。在高等植物中各种DVR活性是由一个基因编码的具有广谱底物专化性的DVR蛋白所催化,但来源于不同物种的DVR蛋白的催化活性可能具有极显著的差异,并且即使是同一个DVR蛋白,对不同的联乙烯底物也可能具有显著不同的催化活性。在此基础上,提出了"源于一个联乙烯还原酶的叶绿素生物合成多分支路径"假说。该文对近年来国内外有关高等植物叶绿素生物合成途径中联乙烯中间物质与联乙烯还原酶活性、联乙烯还原酶基因的克隆及重组酶活性检测、联乙烯还原酶的数目与叶绿素生物合成的多分支路径等方面的研究进展进行综述,并讨论了有待进一步探讨的若干问题。