水稻黄绿叶突变体ygl13的鉴定及候选基因分析

[目的]对水稻黄绿叶突变体ygl13(yellow-green leaf 13)进行表型鉴定和候选基因检测,以便了解水稻叶色形成和调控的分子机制。[方法]经甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻恢复系缙恢10号(Jinhui 10),从中筛选出1份遗传稳定的黄绿叶突变体命名为ygl13,对突变体的表型进行系统观察,调查其成熟期的主要农艺性状,分别测定野生型和突变体苗期和孕穗期的叶片光合色素含量,同时利用透射电镜观察野生型和突变体ygl13的叶肉细胞及叶绿体结构。将表型正常的不育系西农1A与突变体ygl13杂交,根据F1和F2群体的性状表现与分离情况,分析该突变性状的遗传行为,并以F2作为基因定位群体,对突变体ygl13进行候选基因遴选和突变位点测序验证。[结果]突变体ygl13的植株叶片在整个生育期均呈现黄绿色,与野生型缙恢10号相比,突变体ygl13苗期和孕穗期叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均极显著降低。透射电镜观察结果显示,与野生型相比,突变体ygl13叶绿体结构异常,基质片层减少退化,类囊体片层减少,不规则的散乱分布。农艺性状调查结果表明,突变体ygl13穗总粒数增加了26.06%,株高和结实率分别降低了12.33%和18.82%,但穗长、有效穗、穗实粒数和千粒重无显著差异。F2群体正常叶色的植株数与黄绿叶植株数分离比经χ2测验符合3﹕1分离比例(χ2=2.35<χ20.05=3.84),表明ygl13的黄绿叶性状由1对隐性核基因控制。YGL13被定位于第8染色体短臂In Del标记ID43和ID69之间,遗传距离分别为4.0和0.5 c M,区间物理距离约为318 kb,共有52个基因。经测序比对分析发现,ygl13突变体在Os SIG1编码区的第1 005个碱基G突变为碱基A(位于第三外显子),造成编码色氨酸(Trp或W)的密码子突变为终止密码子,导致蛋白翻译提前终止,则该基因编码520个氨基酸的蛋白质突变为334个氨基酸的截短蛋白。q RT-PCR结果表明,突变体ygl13部分光合色素代谢途径和光系统相关基因表达紊乱。[结论]水稻突变体ygl13的黄绿叶性状由1对隐性核基因控制,该基因与已报道的水稻质体σ因子Os SIG1为等位基因。