一个化学诱变的小麦斑点叶突变体的生理和遗传分析

通过EMS诱变普通小麦品系H261,获得一个稳定遗传的斑点叶突变体LF2010。自然条件下,该突变体在三叶期叶片基部第一片叶最先出现黄色斑点,随着植株生长从基部老叶片到上部新生叶片依次出现黄斑,最后叶片上斑点逐渐增多并扩散到全片叶、叶鞘、颖壳和麦芒。斑点部位不存在细胞死亡,斑点性状的表达受光照和温度诱导,突变体的色素含量、光合速率随着斑点的出现而显著下降。突变体的株高、有效穗数、单株产量、穗长、结实率和旗叶长等农艺性状显著下降,但是千粒重和旗叶宽却与野生型无差异。将突变体与正常绿色品系杂交,对其F1、F2和BC1代的遗传分析表明,LF2010的突变性状由1对隐性核基因控制。

水稻斑点叶突变体hm197的鉴定及其基因定位

通过双环氧丁烷(diepoxybutane)诱变籼稻品种IR64获得遗传稳定的水稻褐色斑点叶突变体hm197。在自然条件下,该突变体褐色斑点自播种后10周开始于叶尖出现,而后慢慢扩散至全叶。遗传分析表明,该褐色斑点性状受一对隐性核基因控制,暂名splhm197,并将其定位在第4染色体长臂上140kb的区段内。与野生型IR64相比,突变体株高、结实率和千粒重等农艺性状均显著下降。遮光处理表明,hm197褐色斑点的形成受自然光照的诱导。此外,hm197光合色素含量和光合效率也比野生型显著降低。组织化学分析表明,突变体中有过氧化氢和大量超氧阴离子O2的沉积。与IR64相比,hm197叶片中清除氧自由基酶系统中SOD和APX活性极显著上升,其余均极显著下降,同时伴随总可溶蛋白含量下降以及MDA含量上升,hm197表现出早衰迹象。抗病性鉴定表明,与野生型相比突变体对白叶枯病菌的抗性显著增强。

一个水稻显性斑点叶突变体的鉴定和基因精细定位

通过EMS(ethane methyl sulfonate)诱变籼稻品种IR64获得一个稳定遗传的显性斑点叶突变体HM113。在大田环境下,突变体褐色斑点在播种后3周的叶片上产生,始穗期扩散至叶鞘。与野生型IR64相比,突变体HM113的株高、结实率和千粒重等农艺性状显著下降,光合色素含量、净光合速率和可溶性蛋白含量显著降低。同时突变体CAT和SOD活性显著降低,POD活性显著上升。组织化学分析显示,突变体叶片中积累了大量活性氧,且斑点处细胞坏死。白叶枯病菌接种结果显示,HM113是一个广谱抗性增强的突变体。实时定量PCR分析表明HM113中防卫反应基因AOS2、PAL4、PR10和PR1b等的表达大幅上调。遗传分析表明,突变体褐斑性状受单显性基因(SplHM113)控制,利用图位克隆法将该基因定位在第7染色体长臂RM21605和RM418之间,物理距离约为308 kb。本研究为褐斑基因Spl^(HM113)的克隆与功能分析奠定了基础。

一份新的水稻斑点叶突变体spl32的鉴定和基因定位

从F2(粤晶丝苗2号/H4)群体中,鉴定出一份显性斑点叶突变体spl32(spotted leaf 32)。其叶片褐色斑点受自然光诱导,在幼穗分化期从叶尖逐渐扩散至叶鞘,台盼蓝染色表明斑点并非由细胞死亡引起。以从F5杂合个体分离出的正常叶色植株为对照,斑点叶植株的穗粒数、结实率显著降低。斑点出现后,spl32的POD活性和MDA含量均显著高于对照;同时,spl32叶片光合色素含量降低,但荧光动力学参数并无显著变化。抽穗期人工接菌表明,spl32对水稻白叶枯病菌抗性较对照显著提高。遗传分析表明spl32斑点性状由一个显性基因Spl32(t)控制,利用F2(02428/spl32)群体将其定位在第11染色体Ind-c和RM206之间,推测该基因为一个新的水稻斑点叶基因。

水稻斑点叶突变体spl21的鉴定与基因定位

通过双环氧丁烷(diepoxybutane)诱变籼稻品种IR64获得一个稳定遗传的红褐色斑点叶突变体spl21(spotted-leaf 21)。大田条件下,突变体播种后约2周叶片上开始出现红褐色斑点,随后部分斑点融合,从叶尖开始发黄枯萎,并沿叶片两侧边缘向下扩散,严重时叶片大部分或整体枯死。突变体spl21与野生型IR64相比,其株高、穗长、有效穗数、实粒数、结实率和千粒重等农艺性状均显著降低。组织化学分析表明,叶片斑点处及周围有H2O2沉积。突变还导致叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量极显著降低,叶片光合能力明显下降;此外,突变体中CAT、SOD、APX和可溶性蛋白含量均极显著降低,POD活性则极显著升高。遗传分析表明,突变体表型受1对隐性核基因控制。通过图位克隆法最终将该基因定位于第12染色体长臂下端介于In Del-8和RM28746之间约87 kb的区段内,暂名spl21(t),本研究为该基因的克隆与功能研究奠定了基础。

水稻斑点叶突变体spl101和spl102的筛选及候选基因鉴定

斑点叶突变体是指植物在正常生长条件下叶片或叶鞘上自发形成、且与病原菌侵染产生的病斑类似的一类突变体,筛选并研究斑点叶突变体对揭示植物抗病反应机理具有重要意义。为了进一步研究斑点叶的形成机制,本文通过EMS诱变品种宽叶粳(KYJ),筛选得到两个斑点叶突变体spl101和spl102。这两个突变体在生长发育晚期(抽穗期以后)形成严重的类病斑。遗传分析表明,spl101和spl102均受隐性单基因控制。利用Mutmap方法对候选基因进行克隆,结果显示,spl101和spl102的候选基因均为OsEDR1,该基因与类病斑发生有关。在spl101中,OsEDR1基因突变发生在第6外显子和第6内含子的交接处,该突变导致第6内含子的错误识别,最终造成移码突变。在spl102中,OsEDR1基因突变发生在第10外显子上,导致一个苯丙氨酸(F)变成半胖氨酸(C)。因此,本研究鉴定了两个新的OsEDR1等位突变,对OsEDR1抗病反应机理的进一步研究及丰富水稻种质资源具有积极意义。同时验证了利用Mutmap方法克隆水稻突变基因的有效性。

水稻斑点叶突变体Spl34的表型鉴定及理化指标分析

水稻斑点叶突变体Spl34是自然条件下获得的突变体,以F_8突变体Spl34单株分离的无斑点植株(CK)为对照,田间表型调查发现突变体Spl34与无斑点植株(CK)相比未出现早衰现象,农艺性状也无显著性差异。品质分析显示突变体Spl34与无斑点植株(CK)的整精米率差异达到极显著水平,其他指标无显著性差异。紫外光照射和NBT、DAB的染色试验表明突变体Spl34的斑点可能是紫外光诱导某种未知色素积累导致。开花期突变体Spl34的SPAD值、可溶性蛋白均低于无斑点植株(CK),并且下降速度较快。田间光合作用测定结果表明,开花期突变体Spl34的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均低于无斑点植株(CK),表明突变体Spl34斑点的出现影响了叶片的光合作用。

水稻淡褐斑叶突变体lbsl1的遗传分析与基因定位

通过EMS诱变籼稻品种IR64获得一个稳定遗传的淡褐色斑点叶突变体lbsl1(light brown spotted leaf 1)。在自然条件下,突变体播种后10～14d,叶片上出现淡褐色斑点,随后逐渐扩散至全叶,第1叶至剑叶上均有淡褐色斑,为全生育期性状。斑点性状的表达对株高、生育期、结实率和千粒重等农艺性状具有显著的影响。遗传分析结果表明,该淡褐色斑点叶性状受一个隐性核基因控制。将突变体lbsl1与正常叶色水稻Morobereken杂交构建F2定位群体,利用SSR标记,最终将该淡褐叶基因lbsl1(t)定位在第6染色体短臂上一个约130kb的区段上。定位的结果和发展的群体为该基因的进一步精细定位和克隆奠定了基础。

基于分子标记和高通量测序的基因精细定位

水稻斑点叶突变体Spl34是自然获得的突变体,在研究其形态学和生理生化等方面的基础上,利用粳稻Francis和Spl34杂交构建F_2基因定位群体进行精细定位研究,遗传分析表明Spl34的斑点叶表型受单个显性基因Spl34(t)调控;利用SSR/InDel标记对无斑点叶隐性单株进行连锁分析,将Spl34(t)精细定位于第11号染色体23.483～23.530 Mb之间,定位区间长度为46.99 kb,筛选出8个候选基因。另外,利用高通量测序技术对F_2(Francis/Spl34)有斑点个体混合池、无斑点个体混合池以及双亲进行重测序,利用基因组SNP对有斑点和无斑点混合池进行关联分析,将Spl34(t)定位于第11号染色体23.223～23.791 Mb之间,区间大小约568 kb;进一步利用单分子测序技术对Spl34突变体进行测序,通过从头组装、关联分析,在两个重叠群tig00001409和tig00003011检测到紧密连锁。通过对两个重叠群之间序列进行Sanger测序并产生的新重叠群长度达到233.95 kb,其中Spl34(t)定位区间大小约40 kb。将斑点叶基因Spl34(t)精细定位于第11号染色体约40 kb的区间,为进一步开展该基因的功能研究奠定了良好基础。