谷子条纹叶突变体wsl2的鉴定及候选基因分析

谷子叶色突变体是探究叶绿体发育机制和C4光能利用率的理想材料之一。为了研究谷子叶色突变的分子机制,从谷子主推品种长农35号的甲基磺酸乙酯(EMS)诱变库中筛选鉴定到一个苗期条纹叶突变体wsl2,通过表型鉴定、遗传背景检测和遗传分析,同时利用MutMap方法快速精细定位突变基因,并根据突变位点开发共分离分子标记等方面对该突变体进行研究。结果表明,wsl2在苗期表现为条纹叶表型,但从拔节期开始恢复为正常叶片表型;wsl2与野生型遗传背景相同且wsl2受一个隐性核基因控制;MutMap精细定位的关联区间内包含9个非同义突变基因,其中,Seita.9G561800是一个编码与叶绿体相关的PsbP蛋白基因,含有6个外显子和5个内含子,在第1外显子77 bp处发生G/T碱基突变,导致一个精氨酸(R)突变成亮氨酸(L)。根据突变碱基设计了dCAPS标记MRI498-1(Cac8Ⅰ)和共分离标记MRI501-3,进一步验证了wsl2突变体的候选基因突变位点。研究鉴定了一个新的条纹叶突变体wsl2,对PsbP基因光合作用反应机制的进一步研究奠定了理论基础,丰富了谷子叶色突变体资源,同时验证了MutMap方法克隆谷子突变基因的有效性。

谷子条纹叶突变体A36-S的细胞学特性分析及基因定位

【目的】谷子是C4模式植物,其叶色突变体是研究C4光合途径的良好材料。通过研究谷子条纹叶突变体A36-S的细胞学特性并对突变基因进行定位,为克隆突变基因、解析谷子叶绿体合成及发育机理、进一步理解C4光合调控机制奠定基础。【方法】谷子条纹叶突变体A36-S是由育种创制的中间材料A36自然变异而来。对比A36-S及其正常表型等基因系A36-N的表型特征,调查二者的株高、叶宽、叶长、穗重、千粒重、结实率等农艺性状指标;测定A36-S和A36-N的叶绿素含量、净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率等光合指标,分析A36-S的光合特性;观察A36-S和对照品种豫谷1号的叶片半薄横截切片和超薄切片,分析A36-S叶片解剖结构特征,分别统计叶肉细胞和维管束鞘细胞中叶绿体的数量和面积,从而分析叶绿体合成及发育情况;构建A36-S×SSR41的F_(2)分离群体,统计群体中正常表型单株与条纹叶单株的数量,进行遗传分析;分别构建F_(2)分离群体正常单株与条纹叶单株的DNA混池,采用集团分离分析法(BSA法)进行突变基因的定位;筛选、开发多个SSR标记及In-Del标记,扫描F_(2)群体中条纹叶单株,进行进一步基因定位。【结果】谷子条纹叶突变体A36-S在全生育期表现出叶片不规则白色条纹的表型。农艺性状分析表明,相比其近等基因系A36-N,A36-S在株高、叶宽、穗重、千粒重、结实率等表型上均显著下降。光合指标测定表明A36-S叶片中叶绿素含量明显降低,尤其是叶绿素b含量下降更为严重,同时净光合速率也明显下降。叶片解剖结构观察发现,与对照豫谷1号相比,A36-S的Kranz结构变化并不明显,但叶绿体数量和大小都显著低于对照。观察叶绿体超微结构,发现A36-S的不同细胞间叶绿体发育状况差异较大,依据叶绿体发育情况可将叶片细胞可分为3类:Ⅰ类细胞具有正常发育的叶绿体;Ⅱ类细胞叶绿体基粒及片层结构减少;Ⅲ类细胞则叶绿体结构严重异常甚至不含有叶绿体。遗传分析表明A36-S表型受隐性单基因控制,利用F_(2)分离群体将突变基因定位在第4染色体7.66—27.90 Mb区间内。【结论】谷子A36-S条纹叶突变体表现为农艺性状及光合能力下降,叶片细胞叶绿体的数量、大小及结构均表现出显著异常。条纹叶性状受隐性单基因控制,利用分子标记将候选基因定位于第4染色体7.66—27.90 Mb区间内。

水稻白条纹叶突变体st11的遗传分析与基因定位

白条纹叶突变体st11是从粳稻品种Kitaake组培过程中获得的。该突变体在分蘖前叶色表现为正常,从分蘖期开始新生叶表现为白条纹直至成熟期。与野生型相比,该突变体的分蘖、株高、结实率和千粒重等农艺性状没有发生明显变化。遗传分析表明该突变体白条纹叶性状受一对隐性核基因控制。利用该突变体分别与水稻02428、Jodan杂交构建了两个F2群体用于基因定位。通过集群分离分析(bulked segregant analysis)发现该基因位于第1染色体端粒附近,并与分子标记RM151和RM10080连锁。进一步利用更多分子标记分析F2群体,我们将该基因定位于I10和I26两个标记之间大约270kb的区间内。

水稻白条纹叶突变体wsl1的遗传分析及基因精细定位

从粳稻日本晴和籼稻R1128杂交衍生的重组自交系群体中获得一个稳定遗传的白条纹叶突变体wsl1(white stripe leaf 1),世代为F10。与亲本R1128相比,突变体wsl1表现出白条纹叶,同时叶脉呈现白化,该性状在苗期就出现并持续整个生育期;突变体的株高、每穗总粒数、剑叶长、生育期显著增加,而结实率显著下降,其他农艺性状没有显著变化。分蘖期突变体wsl1的叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素含量较杂交亲本R1128显著下降;透射电镜观察表明,与野生型相比,突变体的叶绿体形状异常,不规则。遗传分析表明,该突变性状由1对隐性核基因控制。精细定位后发现,目标基因WSL1位于第1染色体短臂上标记M1-54与标记M1-70之间,两者相距89.7kb。生物信息学分析表明候选区间内共有8个开放阅读框,暂未发现已报道的叶色相关基因;其中LOC_Os01g02080编码肽基脯氨酰顺反异构酶,GO(Gene Ontology)分类显示其可能与类囊体形成有关,后续将通过比较测序、qRT-PCR等分子实验来确定候选基因。

水稻白条纹叶突变体wsl1的生理特性分析及基因定位

水稻叶绿素缺失突变是一种常见的突变类型,对叶绿素缺失突变体基因进行定位克隆和功能分析,可进一步丰富叶绿素代谢的分子机理研究。在辽粳371的60Co-γ射线辐射诱变后代中筛选到1个白条纹叶突变体wsl1,经多代自交,其白条纹性状能稳定遗传。利用图位克隆方法定位该基因,同时在孕穗期进行光合色素含量测定和光合参数测定,成熟期考察其穗部农艺性状。该突变体从4叶期开始表现白条纹性状,在茎部、叶鞘、叶缘等不同部位均表现白条纹性状且该性状一直持续到成熟期。与野生型相比,突变体结实率极显著下降,仅为野生型的75.33%;千粒重极显著的增加,比野生型增加7.97%;粒长极显著下降,是野生型的90.15%,粒宽和粒厚极显著增加,分别增加11.51%和7.58%。在孕穗期,突变体wsl1的叶绿素b含量比野生型下降23.20%,差异达到极显著水平。突变体的叶绿素a和类胡萝卜素含量与野生型的无明显差异。与野生型相比,突变体的净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度都显著下降,分别为野生型的85%、72%和95%。而突变体的光能转化效率极显著高于野生型,比野生型高11.88%。透射电镜观察发现,突变体植株叶肉细胞类囊体片层减少,结构模糊。遗传分析表明,水稻白条纹叶突变体wsl1突变表型受1对隐性核基因控制,该基因被定位到第1染色体短臂末端,是一个控制水稻叶色的新基因。该基因的发现有助于深入了解水稻叶色形成和调控的机制,同时丰富了水稻特异种质资源。

水稻白条纹叶突变体wsl7的表型鉴定及候选基因分析

[目的]水稻白条纹叶突变体是一种可利用的种质资源。通过对突变基因的定位,可将白条纹叶性状作为一种隐性标记导入到不育系中,在保证杂交种纯度方面有着非常广阔的应用前景。[方法]从籼稻品种‘93-11’的化学诱变突变体库中发现1个水稻白条纹叶突变体white striped leaf7(wsl7)。利用wsl7与‘02428’杂交构建F2群体进行遗传分析及基因定位。[结果]与野生型相比,突变体wsl7在幼苗期表现出叶片白条纹的表型且光合色素含量较野生型极显著下降,以3叶期最明显。5叶期以后叶片开始由下向上转绿。低温处理条件下,wsl7白条纹叶表型较正常温度处理更为显著。透射电镜观察发现,突变体叶绿体观察不到明显的类囊体片层且出现大量空泡状结构。遗传分析表明,该突变性状受单隐性核基因控制。利用混合群体分离分析法(BSA)将该基因初步定位于第6号染色体上。进一步通过开发分子标记和扩大群体进行精细定位,将基因缩小到72.3 kb。经测序发现wsl7突变体中1个编码线粒体载体蛋白基因的3个外显子发生单碱基缺失,导致编码蛋白翻译提前终止。[结论]水稻突变体wsl7的白条纹叶性状由6号染色体上的1个编码线粒体载体蛋白基因突变所致。

一个水稻苗期白条纹叶及抽穗期白穗突变体的鉴定和基因定位

从粳稻中花11组培后代中发现了一个苗期白条纹,抽穗期白穗的突变体。该突变体表现为1叶期叶全白,2叶期从新叶叶尖开始沿叶脉逐渐转绿,至成株期完全变绿,抽穗后内外颖表现为白色,穗轴和小枝梗表现为绿色,成熟后颖壳转黄。根据基因定位结果,将该突变体定名为wslwp(white striped leaf and white panicle)。与野生型相比,wslwp突变体2叶期及抽穗期叶片的叶绿素含量、类胡萝卜素含量及结实率均显著降低。遗传分析表明,该突变表型受1对隐性核基因控制,非T-DNA插入引起。为了克隆WSLWP基因,利用wslwp突变体与籼稻品种龙特甫B杂交获得的F2分离群体进行基因定位,首先将该基因定位于水稻第7染色体上的SSR标记RM5711与RM6574之间。随后,利用已有的SSR标记和开发的STS标记,进一步将该基因定位在STS7-63和STS7-65之间,物理距离约为87kb。