大麦阶段性低温诱导白化突变体的转录组分析

叶色突变体是研究叶绿素代谢、叶绿体发育和光合作用的重要材料。本研究从大麦鄂啤2号(野生型)7Li离子突变体库中筛选获得一份大麦阶段性低温诱导白化突变体(SLTW),该突变体受低温诱导后,于五叶期叶片开始出现白化现象,温度升高后于拔节期逐步恢复为绿色。与野生型相比,该突变体叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著下降。SLTW突变体与野生型的转录组比较分析表明,差异表达基因显著富集到类胡萝卜素合成、四吡咯结合、血红素结合、铁结合、氧化还原过程、光合作用等通路上。叶绿素合成基因(ID号为HORVU.MOREX.r2.2HG0174230)和类胡萝卜素代谢基因(ID号为HORVU.MOREX.r2.5HG0354290)在SLTW突变体与野生型中的表达量均差异显著,且均检测到SNP突变,推测这些基因可能与大麦阶段性白化有关。编码光合作用-天线蛋白、细胞色素P450、跨膜转运(ABC转运)蛋白及转录因子也可能是调控大麦阶段性白化的潜在候选基因。

小麦黄化突变体光合作用及叶绿素荧光特性研究

对小麦自然黄化突变体及其突变亲本(西农1718)的叶绿素含量、光合速率及叶绿素荧光动力学参数进行比较分析.结果显示:(1)突变体金黄株、绿黄株、黄绿株的叶绿素含量均显著低于突变亲本,总叶绿素含量分别为突变亲本的17%、24%和58%,表明该突变体为叶绿素缺乏突变体;3个突变体叶绿素a与叶绿素b的比值(Chl a/Chl b)均小于突变亲本,而且突变体叶绿素含量越低,Chl a/Chl b比值越小,说明该突变体Chl a下降幅度大于Chl b.(2)金黄株净光合速率在孕穗期、开花期仅为突变亲本的5.7%、2.4%;绿黄株净光合速率显著低于突变亲本,为突变亲本的57.7%、43.3%;而叶绿素含量仅为突变亲本一半的黄绿株,其净光合速率接近突变亲本,表明该黄化突变体叶绿素含量在一定范围内单位叶绿素含量的光合效率较高.(3)突变体Fo均显著低于突变亲本;金黄株、绿黄株的Fm,Fv,qP,qN显著低于突变亲本;金黄株Fv/Fm比值(0.671)显著低于突变亲本.研究表明,叶绿素含量在一定范围内减少,未引起突变体叶绿素荧光动力学参数(Fo除外)显著改变,而当叶绿素含量较大程度减少时,这些荧光参数会急剧降低.

一个空间诱变的温度敏感型冬小麦叶绿素突变体的初步研究

通过空间诱变创制的冬小麦叶绿素突变体Mt18的叶色表现为对温度敏感的绿-白-绿的变化过程,能够正常成穗结实,但其株高、有效株穗数、穗长、株粒数、株粒重、千粒重都显著低于原始亲本。电镜观察表明,变白前期突变体叶绿体数目和结构与原始亲本未见明显差异;变白期突变体叶绿体内基粒类囊体数和基粒片层数较少,甚至完全消失,基质类囊体清晰可见;复绿期突变体叶绿体数目少于原始亲本,细胞内大部分叶绿体结构恢复正常。叶绿素荧光动力学参数分析表明,当光照强度为110μmol.m-2.s-1时,突变体Mt18的非光化学淬灭系数显著低于原始亲本,非调节性能量耗散的量子产量显著高于原始亲本,而光系统Ⅱ的最大量子产量、光系统Ⅱ的潜在活性、光化学猝灭系数、实际量子产量和调节性能量耗散的量子产量在不同时期变化不同。另外,不同的光照强度条件下,突变体的电子传递速率、光化学淬灭系数、实际量子产量的变化也不相同。上述结果证实,温度敏感型冬小麦叶绿素突变体Mt18的叶片颜色和光合特性随着叶绿体超微结构的变化而相应改变,变白期叶绿体超微结构存在明显缺陷,光合效率显著降低,较高的光照强度对突变体影响较大,导致产量相关性状显著降低。

小麦黄化突变体类囊体蛋白组分及叶绿素的合成特性

为进一步探讨冬小麦品系'西农1718'自然黄化突变体的突变机制,利用SDS-尿素-聚丙烯酰胺凝胶电泳对该黄化突变体及其突变亲本叶绿体类囊体蛋白组分进行比较研究。结果表明,与突变亲本相比,黄绿株(黄化程度较轻的中间型)的60~64 kD和42~54 kD多肽无明显变化,而绿黄株(黄化程度较深的中间型)和金黄株显著减少,且金黄株减少幅度大于绿黄株;黄绿株、绿黄株的33~35 kD多肽表达量明显低于突变亲本,且绿黄株减少幅度大于黄绿株;23和27 kD多肽在突变体中的变化最为显著,金黄株缺失,黄绿株和绿黄株也大幅降低;16~19 kD多肽,黄绿株与突变亲本无明显差异,金黄株和绿黄株大幅度降低。对叶绿素生物合成主要前体物质累积量分析表明,金黄株、绿黄株和黄绿株的δ-氨基乙酰丙酸(ALA)、胆色素原(PBG)、尿卟啉III(UrogenⅢ)、粪卟啉原Ⅲ(CoprogenⅢ)和原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)的含量均高于突变亲本,且随突变体黄化程度加深而递增,尤其ProtoⅨ累积更为显著,分离绿株与突变亲本无差别;而金黄株、绿黄株和黄绿株自ProtoⅨ以后的中间产物镁原卟啉(Mg-ProtoⅨ)、原脱植基叶绿素酸酯(Pchlid...

小麦突变体返白系返白阶段叶绿素代谢的变化

小麦 ( Triticum aestivum)返白系在返白阶段 Chl、胡萝卜素 ( Caro)含量均下降 ,但 Caro/ Chl的比值大于对照 ,表明叶片白化不是因 Caro减少引起的。Chl下降的同时 ,Chla和 Chlb均下降 ,表明该突变体属阶段性缺总 Chl型。返白初期 Chlase活性增高 ,返白中期活性下降 ,表明 Chl降解不是造成叶片失绿的主要原因 ;Chl合成中间物 δ-氨基酮戊酸 ( ALA)、胆色素原 ( PBG)积累 ,尿卟啉 ( Uro )、原卟啉 ( Proto )、镁 -卟啉 ( Mg- Proto )、原叶绿素酸 Pchl减少 ,特别是 Uro 在返白中期含量最低 ,复绿初期却急剧积累 ,表明叶绿素合成受阻于尿卟啉原 ( Urogen )的形成上。

小麦返白系返白阶段叶片蛋白质变化与叶绿素含量的关系

小麦返白系春天出现白色心叶。白叶中有脱辅基蛋白存在，但含量很低。白叶复绿时色素条带中ＣＰⅡ出现先于ＣＰＩ；叶绿素含量的增加与色素蛋白的出现呈正相关，同时影响蛋白含量，但２１、２５ｋＤ蛋白即使在全白叶中也有较高水平。白叶中ＲｕｂｉｓｃｏＬＳ含量极低，而ＳＳ仅略有降低。复绿初期蛋白质合成速率随叶绿素含量增加而显等提高，ＬＳ也迅速增加。

黄绿叶突变体冀麦5265yg的光合生理特性分析

【目的】叶色突变体是研究叶绿素合成、叶绿体发育和光合作用的理想材料,探索小麦黄绿叶突变体的光合生理特性,旨在阐明其光合作用调控机理,为小麦黄绿叶突变体的进一步利用奠定基础。【方法】以野生型冀麦5265和突变体冀麦5265yg为试验材料,对叶色表型进行观察,采用分光光度计和试剂盒法测定色素含量和酶活性,并利用Li-6400便携式光合仪和PAM100叶绿素荧光仪进行光合气体交换参数和叶绿素荧光参数测定。【结果】表型观察和色素含量结果表明,突变体苗期叶片表现为黄绿色,抽穗后叶片逐渐转变为淡绿色。遮阴处理可以使叶片颜色部分复绿,但比野生型略浅,属于光诱导转绿型突变体。突变体叶绿素a和叶绿素b含量显著低于野生型,叶绿素a/b的比值升高,为典型的叶绿素缺乏型突变体;光响应曲线和CO_(2)响应曲线显示,突变体的表观量子效率(AQY)、光饱和点(LSP)、最大净光合速率(Pn-max)、光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd)、羧化效率(CE)和饱和CO_(2)浓度(I_(-sat))显著高于野生型,说明突变体叶片的光合机构稳定,强光下光合速率更高;光合气体交换参数和叶绿素荧光动力学参数表明,突变体的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(T_(r))、气孔导度(G_(s))、光化学量子效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSII)和光化学淬灭系数(qP)显著高于野生型,说明其具有较强的光能转化和CO_(2)固定能力;突变体的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性均高于野生型,丙二醛(MDA)含量下降,可溶性糖和可溶性蛋白含量升高,说明抗氧化酶系统通过清除氧自由基降低了氧化损伤,突变体叶片细胞膜损害减轻,抗逆性增强;突变体的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活性显著低于野生型,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性显著高于野生型,推测C_(4)途径光合酶PEPC活性的升高可能是突变体具有较高净光合速率的原因之一。花后遮阴以及外源喷施抗坏血酸AsA和二硫苏糖醇DTT处理表明,突变体对光强变化更敏感、叶片内AsA含量及叶黄素循环效率更高。【结论】黄绿叶突变体冀麦5265yg叶片气孔导度明显改善、热耗散降低、C_(4)途径光合酶活性升高,是其光合速率提高的主要原因。该结果为小麦叶色突变体高光合特性的分子调控机制研究奠定基础。

芥菜型油菜黄化突变体L638-y叶片氨基酸合成代谢的变化

【目的】探明芥菜型油菜黄化突变体L638-y叶片氨基酸合成代谢网络变化。【方法】以芥菜型油菜黄化突变体L638-y及其野生型L638-g为材料,用氨基酸自动分析仪及实时定量PCR,检测并分析了幼苗叶片游离氨基酸含量及氨基酸合成代谢中8个重要基因的相对表达量。【结果】1)芥菜型油菜黄化突变体L638-y幼苗叶片游离氨基酸总量低于野生型L638-g,被检测出的17种游离氨基酸中,有10种氨基酸含量低于野生型L638-g,而其他7种则高于野生型L638-g;各游离氨基酸的含量在突变体L638-y与野生型L638-y叶片之间变化幅度不尽相同,其中差异显著的是甘氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、精氨酸,谷氨酸的变化最小。2)氨基酸合成代谢中8个重要基因表达量变化的分析结果表明,仅谷氨酸族氨基酸生物合成的谷氨酸合酶基因(GSR)的表达在L638-y中呈上调表达趋势,其余的7个基因,即谷氨酰胺合成酶基因(GLN)、天冬氨酸氨基转移酶基因(GOT)、天冬酰胺合成酶基因(ASN)、Δ′-二氢吡咯-5-羧酸还原酶基因(P5CR)、丙氨酸氨基转移酶基因(AAT)、3-磷酸甘油酸脱氢酶基因(PGDH)、ATP磷酸核糖转移酶基因(ATP-PRT)均下调表达。3)在突变体L638-y叶片氨基酸合成代谢途径中,8个重要基因表达量的变化与相关游离氨基酸含量的变化并不一致,表明氨基酸合成代谢受到了抑制。【结论】芥菜型油菜黄化突变体L638-y幼苗叶片中氨基酸合成代谢和氮代谢受到了抑制。

小麦返白系返白阶段叶绿体膜光谱特性及色素蛋白质复合体的变化

小麦返白系在返白过程中，叶绿素含量逐渐降低，叶绿体类囊体膜吸收光谱、荧光激发和发射光谱（常温）逐渐减弱，全白叶片降到最低，但未见峰数目及位置的明显改变；电泳分析表明，类囊体膜色素蛋白复合体各组分含量均逐渐减少，全白叶中几乎消失，但经考马斯亮蓝Ｒ２５０染色发现，除ＣＰＩａ、ＣＰＩ的多肽缺失外，其余各组分的多肽带均可见，只是含量也随之减少。复绿过程中，以上各项分析均逐渐恢复，并达到其祖先矮变１号的水平。

小麦突变体返白系返白机理的研究——Ⅱ、返白阶段叶绿素代谢变化研究

与对照矮变1号相比,返白过程中返白系叶片内叶绿素(Chl)和类胡萝卜素(Caro)含量降低,复绿过程中,两种色素的含量都升高,但在整个返白阶段中,返白系Chl/Caro比值始终低于对照矮变1号,说明类胡萝卜素含量的降低不是造成叶片变白的原因。对叶绿素生物合成中的两个关键中间产物δ-氨基乙酰丙酸(ALA)和原叶绿素(酸酯)[Pchl(ide)]的分析发现,在返白过程中,ALA相对积累,而Pchl(ide)含量降低,推测在返白过程中叶绿素合成受阻。

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。

孕穗期不同渍害时长对小麦生理特性及产量的影响

【目的】小麦渍害是长江中下游小麦生产中的主要非生物胁迫因素,研究孕穗期不同渍害时长对小麦生理特性及产量的影响,为小麦孕穗期的耐渍性机理研究和生产提供理论依据。【方法】以小麦品种扬麦16和中麦895为供试材料,采用盆栽控水方法,研究孕穗期渍害时长对小麦生长及产量的影响。【结果】(1)孕穗期发生渍害,小麦叶片的叶绿素含量显著降低,渍害时长越久,叶片SPAD值下降程度越大;受害越重的叶片SPAD值下降幅度越大,倒二叶较同期的旗叶受害严重。(2)小麦的CAT、SOD和POD等抗氧化物酶的酶活性在渍害期间呈现“∧”型变化趋势,活性氧(ROS)含量在渍害前期有降低或缓慢增加现象,而在渍害后期呈急剧升高趋势。(3)孕穗期短期内渍害有效穗数、穗粒数和千粒重等产量要素有小幅度增加现象,这可能是小麦的应激反应所致。(4)孕穗期渍害对小麦株高无显著影响,长期渍害导致小麦产量显著下降,有效穗数、穗粒数和千粒重的降低是引起小麦减产的主要因子;在渍害15 d后,中麦895和扬麦16的单株产量分别较CK降低了51.47%和43.99%。【结论】孕穗期渍害显著降低了小麦叶片叶绿素含量,破坏了植株体内活性氧代谢和抗氧化酶系统之间的平衡,过量积累的活性氧致使细胞脂膜过氧化,导致细胞结构和功能受损,进而影响植株光合作用和营养物质的传输和积累,使小麦生物量大幅降低,从而导致籽粒灌浆不足,造成空粒、瘪粒和无效穗数显著增多,最终造成小麦减产。此外,在整个渍害胁迫过程中,供试的2个小麦品种的耐渍性强弱表现为:扬麦16>中麦895。

小麦突变体返白系返白机理研究——Ⅲ.返白阶段叶蛋白质、游离氨基酸变化规律的分析

在返白过程中,近白系叶片蛋白氮含量降低,蛋白酶活性升高,总游离氨基酸积累,各游离氨基酸组分变化幅度不同。变化最大的丝氨酸在全白叶片中可占总游离氨基酸量的50％。认为蛋白质含量下降,游离氨基酸增多与蛋白酶活性升高有关。SDS-PAGE分析发现,叶蛋白质组分没有明显的差异,各组分的含量均有下降。Rubisco减少最多,全白叶中几乎见不到它的条带。复绿过程中以上各变化均逆转回复。

植物叶色变异分子机制研究进展

叶色变异是自然界中普遍存在的一种现象,叶色突变体不仅是研究光合系统、叶绿素代谢及叶绿体发育等通路的理想材料,对叶色变异突变体基因进行定位还有助于深入阐明叶色基因的调控机理,对作物遗传改良和提高产量具有重要的指导意义。本研究从叶绿素代谢、血红素代谢、叶绿体发育基因、核质转运途径、类胡萝卜代谢和嘌呤核苷酸合成途径等方面阐述了植物叶色变异的分子作用机制,为叶色突变体的研究提供了科学依据。