空间环境诱变小麦叶绿素缺失突变体的主要农艺性状和光合特性

叶绿素缺失突变体对研究植物光合作用机制,揭示叶绿素生物合成与降解途径,发掘鉴定光合作用相关新基因以及了解基因间的相互作用有重要意义。空间诱变创制的小麦叶绿素缺失突变体Mt135的叶色表现为完全白化、条纹和绿3种类型,其中完全白化株叶片完全白化,于苗期死亡;条纹株叶片呈绿白相间的条纹,能够正常成穗结实,但其株高、穗长、株粒数、株粒重、千粒重都显著低于原始亲本,生育期比原始亲本延长5～7 d;绿株与原始亲本没有显著差异。初步遗传分析表明,Mt135是一个由核质基因共同作用的突变材料。对突变体及其原始亲本叶绿素荧光动力学参数的分析表明,当光照强度为110μmol m-2 s-1时,条纹株绿色组织光系统II的最大量子产量与原始亲本无显著差异,光系统II的潜在活性显著低于原始亲本,而光化学猝灭系数、非光化学猝灭系数、实际量子产量、调节性能量耗散的量子产量、非调节性能量耗散的量子产量在不同的生育期间变化不同。另外,不同的光照强度下,条纹株绿色组织的电子传递速率、光化学猝灭系数、实际量子产量的变化也不相同。条纹株白色组织和完全白化株则完全失去光合能力。上述结果证实,小麦叶绿素缺失突变体Mt135的光合作用受到很大的影响,光合特性发生了改变,较高的光照强度在拔节期对突变体影响较大,抽穗期影响相对较小。条纹株光合特性的改变与其株高、穗长和产量相关性状显著降低的结果相互印证。

一个新的水稻叶绿素缺失突变基因的遗传分析和分子标记定位

从正常绿色水稻品种824B中发现1个黄化突变体824ys。该突变体具有叶绿素缺失突变特性,表现为植株黄绿色,分蘖数减少,生育期延长,总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b的含量以及净光合速率比野生型亲本824B明显下降,每穗着粒数、结实率、千粒重等降低。对824ys与3个正常绿色品种杂交F1、F2的遗传分析表明,控制824ys的叶绿素缺失突变性状为1对隐性核基因。以495R/824ysF2作为定位群体,应用微卫星标记将824ys的叶绿素缺失突变基因定位于水稻第3染色体短臂,与RM218、RM282和RM6959等标记之间的遗传距离分别为25.6、5.2和21.8cM。认为该基因为一个新的水稻叶绿素缺失突变基因,暂命名为chl11(t)。

大豆叶绿素缺失突变体HS 821的农艺性状和生化特性

经NaN3诱变获得的大豆叶绿素缺失突变体HS 821,其植株高度约为原品种的1/2,节位数、叶片大小、叶柄长度、单株荚数、粒数、粒重都较原品种低,但结荚密集,表现出一定的田间抗虫性;成熟期比原品种提早约10d。突变体表现为叶片黄化,叶片叶绿素平均含量是原品种的71%,但叶绿素a/b比值不变,为2∶1,表明该突变体是总叶绿素缺陷型。突变体的SOD活性和脯氨酸含量都比其原品种高,但MDA含量则较原品种含量低,表明突变体具有较强的抗氧化能力。

小麦叶绿素缺失突变体Mt135的叶绿体基因差异表达分析

小麦叶绿素缺失突变体Mt135自交后代稳定表现绿株、条纹株和白化株3种类型,其中条纹株白色组织和白化株的叶绿体数目和结构发生突变,完全失去光合能力。为研究该突变体叶绿体基因表达与光合作用的关系,采用实时荧光定量PCR技术,分析了白化株和条纹株的叶绿体基因表达。在白化株中共检测到40个差异表达基因,涉及4类功能(编码光反应相关蛋白、编码叶绿体内能量代谢相关酶、核糖体合成和tRNA合成),包括18个上调表达和22个下调表达基因;在条纹株中共检测到13个上调表达基因,其表达变化趋势与在白化株中一致。白化株的差异表达基因中,编码光系统II、I结构蛋白的psb、psa和ycf等基因家族的基因表达量显著下调;多个编码核糖体蛋白大、小亚基的基因表达量改变,尤其是核糖体蛋白小亚基编码基因rps14和23SrRNA的编码基因23SrDNA表达量显著下调。推测Mt135突变性状与参与光反应相关蛋白的编码基因、叶绿体内能量代谢相关酶的编码基因、核糖体合成相关基因以及tRNA合成相关基因表达量的改变密切相关。

小麦叶绿素缺失突变体Mt6172及其野生型叶片蛋白质组学双向差异凝胶电泳分析

以空间环境诱变获得的小麦叶绿素缺失突变体Mt6172的白化苗及其野生型邯6172的叶片为材料,进行双向差异凝胶电泳(2D-DIGE)蛋白质组学分析。在1645个蛋白点中,发现100个差异1.5倍以上的蛋白点,对在分析胶中得到的85个点进行质谱鉴定,最终鉴定出29种差异蛋白的62个差异点,其中50个表达下调,12个表达上调,可分为10个功能群。表达下调的蛋白主要定位于叶绿体中,包括光系统I、光系统II、NAD(P)H脱氢酶复合体和ATP合酶的部分亚基,以及参与卡尔文-本森循环、糖代谢和应激反应的蛋白。非叶绿体蛋白中的大部分表达上调,主要参与抗氧化反应、转录激活和蛋白质折叠等途径。初步推断,光合作用主要蛋白复合体的缺失、叶绿体抗氧化能力的下降和叶绿体RNA转录后编辑途径受阻等可能是Mt6172白化致死的重要原因。

波罗蜜叶绿素缺失突变体嫩茎转录组分析

为探究叶绿素合成缺失对波罗蜜嫩茎发育的影响,以波罗蜜叶绿素缺失突变体(chlorophyll deficient mutant,CDM)嫩茎为材料进行转录组分析;经de novo组装后获得295869个Unigenes,使用NR、NT、Swissprot、KEGG、KOG、Pfam和GO数据库进行序列比对,共注释了174291个Unigenes。过滤低丰度基因后,筛选出22988个差异基因。与对照(CK)相比,CDM中上调基因有379个,下调基因有22609个。GO分类结果表明,共有3712个基因获得注释,并将其划分为分子功能(molecular function)、细胞组分(cellular component)和生物学过程(biological process)三大类,共48个功能组;此外,有2080个Unigenes参与到19条KEGG通路上,其中在黄酮类生物合成途径中有30个Unigenes。该研究通过转录组测序,分析叶绿素合成缺失对波罗蜜嫩茎发育的影响,为木本植物茎发育的研究提供数据基础。

菠萝蜜叶绿素缺失突变体幼苗维管组织结构分析

木本植物维管组织发育对木材形成意义重大。本研究利用石蜡切片法和光学显微技术,研究菠萝蜜(Artocarpus heterophyllus)叶绿素缺失突变体(chlorophyll deficient mutant,CDM)幼苗不同部位的维管组织结构,观察及测量导管分子、筛管分子的孔径和密度等,分析了维管组织和形成层的特点。结果表明,CDM幼苗的根、茎、叶柄和叶主脉维管组织中的木质部和韧皮部的结构均发生改变。与正常苗相比,CDM幼苗中次生木质部导管分子和韧皮部筛管分子的孔径和面积减小,密度增大;根和茎维管组织中形成层厚度减小,层数减少;CDM茎中的维管组织相比于根显示出更强的抑制作用。本研究为进一步探索木本植物维管组织发育提供了新材料。

菠萝蜜叶绿素缺失突变体幼苗茎的解剖结构

木本植物茎的发育在木材形成中具有重要意义。以菠萝蜜叶绿素缺失突变体幼苗(Chlorophyll deficient mutant,CDM)为研究材料,选取正常幼苗作为对照(Control check,CK),观察并测量其株高和基部茎粗。使用石蜡切片法和光学显微技术对茎各节间进行观察,测量木质部、韧皮部、表皮和周皮的厚度,比较CDM与CK之间的差异。结果显示,CDM的株高和基部茎粗的增长受到一定的抑制,各节间木质部、韧皮部以及周皮的厚度均减小;相比次生木质部,次生韧皮部的抑制作用更显著。

波罗蜜叶绿素缺失突变体次生生长茎抗病基因的筛选

为研究波罗蜜叶绿素缺失突变体(CDM)次生生长茎中抗病基因(PRGs)的变化,从转录组数据中筛选出9 630个PRGs。去除低丰度(FPKM≤0.5)后进行差异表达基因(DEGs)筛选,将2 513个DEGs进行加权基因共表达网络分析(WGCNA),寻找到2个与表型关联性较高的模块,共183个DEGs。对模块基因进行GO功能注释、分类、转录因子(TFs)及类受体蛋白激酶(RLKs)分析。结果显示,模块基因主要注释在结合(Binding)、细胞过程(Cellular process)和催化活性(Catalytic activity)等功能组。TFs分析显示,共有7个家族,14个转录因子。RLKs分析发现,RLK-Pelle-DLSV亚家族的12个DEGs中有11个在CDM中上调表达,说明该亚家族在波罗蜜CDM次生生长茎抵御逆境侵害过程中发挥着重要作用。本研究运用转录组测序数据分析波罗蜜CDM次生生长茎中PRGs的变化,为光合作用对木本植物茎响应逆境胁迫的研究提供数据。

一个新的水稻温敏感叶色突变体基因定位分析

粳稻品种嘉花1号种子经60Coγ射线辐照后,筛选得到一个温敏感叶色突变体MR20。该突变体的幼苗叶色在较低温度(20℃)下呈黄白色,并随着温度升高叶色由黄白逐渐转绿,其临界温度约为22.5℃,在低温(20℃)和高温(32℃)条件下叶绿素含量也存在显著差异,表明该突变体为低温导致叶绿素合成受阻的温敏感叶色突变体。遗传分析表明该突变体性状受一对隐性核基因控制,暂命名为tsc(t)。以该突变体与籼稻9311杂交的F2群体作为定位群体,利用SSR分子标记将tsc(t)基因初步定位在水稻第3染色体短臂上的分子标记RM231和RM14407之间,其遗传距离分别为1.5cM和0.5cM。随后,进一步扩大F2群体将该tsc(t)基因定位在分子标记MM0541和RM14407之间的约440kb内。

大豆黄绿叶突变体NJ9903-5性状表现与基因定位研究

叶色突变体既可用于作物叶绿素合成、降解和光合作用等研究,也可作为标记基因为作物育种利用。本文对一个新发现的大豆黄绿叶自发突变体NJ9903-5进行遗传鉴定。结果表明:从对生真叶开始,该突变体幼嫩叶呈黄色,随着生长叶片逐渐转变为绿色。黄化叶片叶绿体数目下降,基质片层减少且排列疏松,叶绿素a、b、类胡萝卜素含量都极显著下降;其对株高、主茎节数、单株粒数、单株荚数有负效应,但对百粒重、蛋白质含量、油脂含量影响小,杂交后代中上述性状变异大。3个杂交群体遗传分析表明该性状受一对隐性核基因控制,利用F2隐性个体将目标基因ygl定位在SSR标记BARCSOYSSR_02_1445和BARCSOYSSR_02_1477之间约366 kb区段,包含36个候选基因。测序分析发现在突变体中,叶绿体膜转运蛋白相关基因Glyma.02G233700第1个外显子第38个碱基G缺失,移码突变导致蛋白翻译提前终止,结合前人研究结果,推测其为黄绿叶的目的基因ygl。