谷子黄绿叶突变体ygl7的精细定位及候选基因分析

叶色突变体是研究C4光合途径及叶绿素代谢机制的理想材料。为了研究谷子黄绿叶突变的分子机制,为黄绿叶基因的功能研究及叶绿素代谢的分子机制解析奠定基础,在长农35号甲基磺酸乙酯(EMS)突变体库中鉴定到1份可稳定遗传的谷子黄绿叶突变体ygl7,并对突变体及野生型进行农艺性状调查、光合色素含量及光合参数测定、叶绿体超微结构观察;同时对突变体叶色进行遗传分析,采用BSA法进行基因初定位,利用F_(2)群体进行精细定位,并根据功能注释结合RNA-Seq预测候选基因。采用qRT-PCR进行表达模式分析,采用酵母双杂交试验进行蛋白互作验证。结果表明,与野生型相比,ygl7苗期、拔节期叶片呈明显黄绿色,抽穗期逐步转为浅绿色,ygl7整个生育期叶绿素含量及光合速率都显著低于野生型,且叶绿体结构出现异常。遗传分析表明,ygl7黄绿叶表型由1对隐性单基因控制,基因精细定位将黄绿叶基因定位于第Ⅶ染色体434.9 kb区间内,候选基因分析预测编码原卟啉Ⅸ镁鳌合酶Ⅰ亚基的Seita.7G290300为调控黄绿叶的候选基因。qRT-PCR结果显示,Seita.7G290300在叶片中高表达,且在突变体中的表达量低于野生型;叶绿素合成途径(CHLD、CHLI)和光系统(LHCB1、LHCB6)相关基因在突变体中均下调表达。酵母双杂交试验表明,SiYGL7与MORF_(2)存在互作。

水稻黄绿叶突变体yellow-green leaf 4的表型鉴定及候选基因定位和功能分析

[目的]本研究旨在对水稻黄绿叶突变体yellow-green leaf 4(ygl4)进行表型分析及基因定位和功能分析,探讨水稻叶绿体发育分子机制。[方法]水稻黄绿叶突变体ygl 4来自粳稻品种‘中花11’化学诱变突变体库。ygl 4与籼稻品种‘N22’杂交构建F_(2)分离群体以进行YGL 4基因定位,并利用实时定量PCR和亚细胞定位等技术对基因进行初步功能分析。[结果]相比于野生型,ygl 4在幼苗2~3叶龄出现黄绿叶症状,在6月下旬移栽大田后,黄绿叶症状加剧,甚至开始出现白化,突变性状可以一直保持到全生育期直到种子成熟。温敏性试验表明,ygl 4突变体在20℃表现出更严重黄化表型。透射电镜观察表明,ygl 4的叶片细胞结构中出现了较多的双膜囊泡结构。基因定位显示,ygl 4突变性状由1个隐性核基因LOC_Os 04g42000突变导致。该基因编码一个核黄素合成途径中的关键酶,6,7-二甲基-8-核糖醇基二氧四氢蝶啶合酶(LS),且突变体叶色表型可被外施核黄素恢复为正常表型。亚细胞定位结果显示YGL4定位于叶绿体。实时定量PCR分析表明,在突变体中,叶绿素暗反应阶段参与5-氨基乙酰丙酸(ALA)到原叶绿素酸酯合成过程的基因表达上调。[结论]水稻YGL 4编码LS基因,并通过调控植物体内核黄素合成途径影响叶色和叶绿体发育。

紫薇突变体gl1和野生型叶片解剖结构及叶绿素荧光参数比较

以紫薇(Lagerstroemia indica Linn.)品种‘粉晶’(‘Fenjing’)为野生型对照,对紫薇黄叶突变体gl1叶片横切面解剖结构和叶绿素荧光参数进行研究。结果表明:与野生型相比,突变体gl1叶片的栅栏组织排列疏松,叶绿体较少;上表皮厚度、下表皮厚度、海绵组织厚度和非调节性能量耗散的量子产额极显著(P<0.01)升高,叶片厚度、光适应下初始荧光和调节性能量耗散的量子产额显著(P<0.05)升高,而栅栏组织厚度、栅海比、光适应下最大荧光、光适应下最大光化学效率、电子传递速率和实际光量子产额极显著下降。结果显示:紫薇突变体gl1特有的叶片解剖结构导致其对光能的吸收和利用效率均较低。

不同光质对辣椒叶色黄化突变体光合生理特性的影响研究

以辣椒叶色黄化突变体yl1及其野生型6421为试材,用白光、蓝光、红光、绿光、紫光、黄光和远红光不同光质进行处理,考察其表型、生理及光合特性的变化特征,探究光质对黄叶辣椒植株生长发育的影响。结果显示:(1)蓝光与红光对辣椒幼苗的生长有促进作用,黄光和远红光则会显著抑制幼苗生长,6421生长受不同光质的抑制影响比yl1更大。(2)两个辣椒材料光合色素含量在不同光质下均不同程度降低;6421叶绿素总含量和类胡萝卜素含量在不同光质下均高于yl1,yl1和6421叶片的光合色素含量分别在紫光和黄光下最低。(3)蓝光和绿光能显著提高yl1的净光合速率(P_(n)),而不同光质处理均显著降低了6421的P_(n)。(4)紫光处理使yl1的PSⅡ潜在活性(F_(v)/F_(o))和最大光化学效率(F_(v)/F_(m))值均显著降低且显著低于6421,但升高了光化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭系数(NPQ)。(5)蓝光、红光和绿光均能提高辣椒的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,而黄光处理的作用则相反。研究发现,蓝光和红光对辣椒的生长发育具有促进作用,而黄光和远红光具有显著抑制作用,辣椒叶色黄化突变体yl1抵抗光胁迫环境能力更强,尤其是在紫光下比野生型6421有更强的适应性。

芽变黄叶银杏光合和叶绿素荧光特性

为探究芽变黄叶银杏与普通银杏的光合生理特性,以芽变黄叶银杏母株在3个发育时期的黄叶和绿叶为材料,研究叶中色素含量、叶片结构、光合和叶绿素荧光特性的差异性及动态变化。结果显示:(1)3个时期芽变黄叶银杏叶中,叶绿素a、b和叶绿素含量均显著低于绿叶;4月黄叶类胡萝卜素(Car)含量与绿叶差异不显著,而5月和8月的Car含量极显著高于绿叶;3个时期黄叶的Chla/b、Car/Chl极显著高于绿叶,黄化银杏呈现黄色的主要原因是由于叶绿素含量及其所占比例显著降低,与类胡萝卜素含量关系不大。(2)随着叶片发育,黄叶中Chla、Chlb、Chl含量升高,Chla/b、Car/Chl降低,叶绿体结构逐渐完善,出现返绿现象。(3)4月黄叶叶绿体结构的发育滞后、8月过早解体分别导致相应时期光合能力较弱,而5月叶绿体结构的完善导致其较强的光合能力。(4)黄叶的Fo、Fo′、Fm、Fm′、Fs和ETR较低,表明其捕光能力较弱,电子传递速率较低;4月具有较高的热耗散水平和较高的原初光能转换效率。研究结果表明,芽变黄叶银杏叶极低的叶绿素含量及其占比和叶绿体发育异常是其黄化呈色的物质和结构基础,同时降低了光合能力、光能吸收与捕获能力以及电子传递速率,提高了热耗散水平和原初光能转换效率。

水稻光温敏不育系gy157S的叶色表型鉴定与候选基因分析

为探明光温敏不育系gy157S黄绿叶基因gy157S(t)调控水稻叶色的分子机制及应用潜力,本研究对水稻光温敏核不育系gy157S进行不同温度处理,观察其表型、叶绿素含量以及叶肉细胞的变化情况,并对其进行遗传分析、基因定位和候选基因分析。表型鉴定结果发现,与对照C815S相比,20℃条件下gy157S叶片呈现黄绿色表型,光合色素含量极显著降低,叶绿体发育缺陷严重;30℃条件下gy157S叶片呈现淡绿色表型,光合色素含量仍然显著降低,仍有部分叶绿体发育畸形。遗传分析结果表明,gy157S的黄绿叶表型受一对隐性核基因控制;群体分离分析(BSA)和连锁分析结果将该基因定位于第3号染色体RM15678和RM15824之间,物理距离为2.4Mb;候选基因功能分析、测序和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示,编码铁氧还蛋白OsFdC2的基因OsR498G0306815500.01在第7外显子上存在单核苷酸多态性(SNP)变异,导致编码氨基酸发生改变,可能是引起黄绿叶突变表型的位点。本研究结果为阐明gy157S(t)基因对叶绿体发育和叶绿素合成的分子调控机制奠定了基础。

两个新的水稻叶色突变体形态结构与遗传定位研究

【目的】对2个新的水稻叶色突变体进行形态结构与遗传分析,并且初步定位这2个突变基因。【方法】在水稻育种材料中分别发现了一株白色条纹叶突变体和一株黄叶突变体,经多代自交已形成稳定的突变系。对突变体的主要形态特征与叶绿素组分等进行分析,观察叶绿体的超微结构,并以这2个突变系杂交产生的F2群体作为定位群体,应用SSR标记对突变基因进行初定位。【结果】与其野生型相比,白色条纹叶突变体的单株穗数减少12.86%,生育期延长11.27%,黄色叶突变体的株高降低31.08%,千粒重减少14.55%,生育期延长17.86%,并且2种突变体的叶绿素含量都显著低于其野生型。电镜观察结果表明:2种突变体的类囊体结构异常,与野生型水稻相比,黄色叶突变体的类囊体片层数变少,白色条纹叶中条纹部分的类囊体片层结构几乎消失,正常绿色部分的类囊体结构没有变化。遗传分析表明:这2种突变性状均受1对隐性核基因控制,位于不同染色体上,将突变基因暂时命名为st9(t)(stripe)、chl12(t)(chlorophyll-deficit)。将st9(t)定位到第一染色体短臂最末端,与分子标记RM1331相距9.6cM,且与标记RM3252等共分离;将chl12(t)定位到第三染色体短臂,与分子标记RM411、RM8208之间的遗传距离分别是1.2、5.1cM。【结论】发现了2个叶色突变新基因,为下一步的基因克隆与功能分析奠定了基础。

黄颡鱼MSTN基因多态性及其与生长性状的相关性分析

肌肉生长抑制素基因(Myostatin,MSTN)属于转化生长因子β家族,其主要功能是负向调控肌肉的生长发育。采用PCR-SSCP技术对黄颡鱼MSTN基因进行单核苷酸多态性检测和分型,并与其生长性状进行关联分析。结果表明,在第一内含子部分检测到1个缺失位点和2个突变位点(T1003del、G1022A和T1063G),基因型分别为:AA、AB、CC、CD和DD;在第三外显子部分检测到1个突变位点(T132C),基因型分别为:EE和EF。关联性分析表明,AA基因型个体的全长、体长、体高、体厚、头长和体重显著大于CD和DD基因型(P<0.05),AA基因型雌性个体的全长、体长、体高、体厚、头长、尾柄高、尾柄厚和体重也显著大于DD基因型(P<0.05)。由此推断,AA基因型是影响雌性黄颡鱼生长性状的有利基因型,DD基因型是影响雌性黄颡鱼生长性状的不利基因型,可以尝试利用这两个位点对雌性黄颡鱼进行标记辅助选育。

高产红曲黄色素菌株的选育

利用紫外、硫酸二乙酯、氯化锂和亚硝基胍复合诱变的方法,选育到一株高产黄色素的红曲霉突变株MYM2。经过稳定性实验证明,诱变得到的菌株稳定性较好,液态发酵试验黄色素色价达到100U/mL以上,黄色素色调达到3.5左右。此黄色素在300nm^600nm波长之间只有一个在410nm附近的最大吸收峰,在pH3~8之间稳定性较好。当pH小于3时,红曲黄色素不稳定,黄色素溶液变混浊,放置后有沉淀产生。

水稻温敏型突变体叶片间断失绿的超微结构

在短时降温诱导下，水稻温敏型突变体１１０３ｓ（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ ｓｓｐ．ｉｎｄｉｃａ）植株间断失绿性状表达（临界温度２３．１℃）过程中，叶绿体含量的增减与叶色变化相符。电镜观察发现，性状表达时叶片间断失绿区叶绿体内部结构发生退化，呈现基粒垛叠片层数的异常减少，或基粒消失仅剩基粒残迹，有的甚至整个叶绿体为高电子密度的囊泡状结构。但在同一叶片的绿区，叶绿体仅表现基粒片层数减少、排列不规则，嗜锇小球聚集。在叶片失绿区的复绿过程中，叶绿体的这些变化又可逆转，内部结构重建，最后整个叶绿体结构基本恢复正常。水稻温敏突变体１１０３ｓ叶片间断失绿性状表达过程，实质上是一个由温度调控的叶绿体结构退化与修复的可逆过程。

水稻ygl98黄绿叶突变基因的精细定位与遗传分析

通过EMS诱变获得1份遗传稳定的水稻黄绿叶突变体ygl98,该突变体整个生育期呈黄绿色。与野生型相比,突变体的叶绿素和类胡萝卜素含量分别下降45.3%和45.6%,有效穗数和结实率分别减少14.4%和10.7%,株高降低7.4%。透射电镜观察表明,ygl98突变体的叶绿体形状不规则,叶绿体中有许多空的囊泡状结构,类囊体数目减少,每个基粒仅由少数几个类囊体垛叠而成。遗传分析表明,ygl98的突变性状由1对隐性核基因控制。利用(ygl98/浙辐802)F2作为定位群体,将突变基因定位在第3染色体长臂InDel标记I3和I4之间,遗传距离分别为0.07cM和0.19cM,两标记之间的物理距离约为44.2kb,此区间内包含8个预测基因。基因组序列分析发现,ygl98突变体在编码镁离子螯合酶ChlD亚基的OsChlD基因编码区第1522碱基处(位于第10外显子),碱基G突变为碱基A,从而造成编码蛋白序列第508位的丙氨酸(Ala)突变成苏氨酸(Thr)。该基因是已报道的水稻黄绿叶基因Chlorina-1的等位基因,但突变体表型有明显区别,Chlorina-1突变体在2～3周龄幼苗时开始出现黄绿叶,且该黄绿叶性状仅在苗期表现,而ygl98突变体整个生育期都表现为黄绿叶,这可能是OsChlD基因组序列的突变位点不同造成的。

水稻黄绿叶突变体ygl11(t)的生理特性和基因克隆

在水稻品种南粳41中发现了一个黄绿叶自然突变体,经过多代连续自交形成了稳定的突变系,命名为ygl11（t）,ygl11（t）整个生育期叶片都表现为黄绿色。对苗期、分蘖盛期、齐穗期突变体和野生型的叶绿素含量进行测定,ygl11（t）的叶绿素含量是野生型的45.7%~74.7%,叶绿素a含量是野生型的55.2%~87.5%,叶绿素b含量是野生型的12.5%~25.3%,ygl11（t）的类胡萝卜素的含量是野生型的62.3%~97.0%。ygl11（t）在分蘖盛期的净光合速率显著高于野生型,花后10d,ygl11（t）的净光合速率比野生型略低。对突变体叶片中叶绿体的超微结构进行观察,发现突变体叶绿体内的类囊体基粒片层数目减少且严重扭曲变形。遗传分析表明,ygl11（t）叶色性状受1对隐性核基因控制。利用SSR分子标记将YGL11（t）初步定位在水稻第10染色体的长臂上,进一步利用新开发的InDel和CAPS标记将YGL11（t）定位在58.1kb的物理距离内。对该区段内存在的开放阅读框进行序列分析,发现突变体ygl11（t）中编码叶绿素a氧化酶（chlorophyll a oxygenase 1）基因（OsCAO 1）的第9个外显子存在2个碱基缺失,从而导致提前出现终止密码子,初步分析OsCAO1即为YGL11（t）的候选基因。

一个新的玉米黄化突变体的初步研究

对新发现的玉米黄化突变体的形态特征进行观察,发现突变体茎秆纤细,叶片细长。光合色素含量测定结果表明,突变体叶绿素a(cla),叶绿素b(clb),类胡萝卜素(caro)和总叶绿素(chl)含量均极显著低于正常自交系,caro/chl显著高于正常自交系,推测突变体为总叶绿素缺乏型突变。用透射电镜对叶绿体超微结构进行观察,发现突变体叶绿体内部有较多嗜锇颗粒,叶绿体结构松散紊乱,基质片层间隙大,有扩张趋势,但基粒数目及垛叠层数在突变体与正常自交系间无明显差异,叶绿体数目在突变体与正常自交系间无显著差异。说明该突变体叶色改变可能与光合色素含量的减少及叶绿体基质片层的结构有关或与叶绿体内大量嗜锇颗粒的存在有关。

响应面法优化培养基提高红曲黄色素的色调

在单因素研究基础上,选定葡萄糖、玉米粉、氯化钙、蛋白胨、磷酸二氢钾和硝酸铵等6个因素,用响应面法优化红曲霉突变株(Monascus ankamutantMYM2)的发酵培养基,提高红曲色素中的黄色素色调.研究发现,葡萄糖、硝酸铵和磷酸二氢钾对红曲黄色素色调的影响较显著,其对色调影响的最低质量浓度分别为14.2、6.7和5.7 g/L,红曲黄色素理论色调值为4.58.根据模型方程,重复实验5次,色调平均值为4.21,实验值与模型回归预测值之间的误差在可信度区域内,此时黄色素色价达88.14U/mL.

一个新的水稻黄绿叶突变体的遗传分析与基因定位

通过化学诱变获得一份稳定遗传的水稻黄绿叶突变体D83。该突变体苗期植株呈黄绿色,分蘖期开始逐渐转为淡绿色。与野生型相比,突变体苗期叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别下降45.03%、53.93%和39.56%,成熟期每穗着粒数减少9.45%,千粒重下降10.76%。对D83与正常绿色品种杂交F1、F2代的遗传分析表明,D83的突变性状由一对隐性核基因控制。以D83/浙福802F2代作定位群体,应用分子标记将D83所携带的突变基因定位于水稻第2染色体短臂的SSR标记RM110附近,InDel标记Ch2-27和Ch2-32之间,该基因与这2个InDel标记的遗传距离分别为1.2cM和2.3cM。认为D83所携带的突变基因是一个新的水稻黄绿叶突变基因,暂命名为chl13(t)。

一个水稻黄绿叶突变体ygl10的遗传分析和基因定位

以籼稻93-11为背景的水稻突变体中发现一个黄绿叶突变体(yellow-green leaf,ygl10)。形态分析表明,与野生型93-11相比,ygl10突变体株高、穗长降低,结实率下降。叶绿素含量测定表明,ygl10突变体中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均极显著降低,其中叶绿素b降幅最大,只有野生型的2%。叶绿体超微结构观察表明,突变体中类囊体和基粒片层数量明显减少。遗传分析结果表明,该黄绿叶突变体由一隐性核基因控制。进一步利用分子标记将ygl10定位在水稻第10染色体约380kb的区段内。对该区段内存在的ORF进行序列分析,发现编码叶绿素a氧化酶(chlorophyll a oxygenase)基因(OsCAO1)的第9个外显子存在5个碱基缺失,从而导致提前出现终止密码子,推测CAO1即为ygl10的候选基因。

一个水稻类病变黄叶突变体的鉴定和精细定位

从15 000多个水稻转基因株系中发现了一个类病变黄叶突变体。该突变体最显著的特征为叶片由下而上依次黄化,同时出现类似病原体感染的病斑。根据突变体表型,将该突变体命名为syl1(spotted and yellow leaves 1)。遗传学分析表明,该突变性状受1对隐性核基因控制。PCR检测和潮霉素抗性分析显示,该突变表型不是由T-DNA插入引起的。为了克隆该基因,将此突变体和籼稻品种龙特甫杂交获得F2和F3定位群体,利用网上公布的SSR标记首先将突变基因定位在第12染色体短臂端分子标记RM7619附近。随后利用日本晴和9311序列的差异,在该区域新设计了9对InDel分子标记,进一步将syl1基因定位在BAC克隆OSJNBa0002O20内分子标记WL32与WL35之间约102kb的区域。为进一步克隆syl1基因奠定了基础。

一个新的黄瓜叶色黄化突变体的生理特性分析

叶色黄化突变体是开展光合系统的结构和功能、叶绿素生物合成及其调控机制研究的理想材料。以叶色黄化突变体(C528)及其野生型(CCMC)为材料,对其光合色素质量分数、光合作用指标和抗氧化酶活性进行研究,并初步调查突变体的农艺性状。结果表明,突变株C528从子叶期开始表现出叶片黄化,叶片的黄化性状不随发育而转变,其株高、茎粗等显著小于野生型;光合色素质量分数及净光合效率(Pn)显著低于野生型;通过对保护酶活性及丙二醛质量摩尔浓度等指标的测定,结果表明,SOD、POD和CAT活性及丙二醛(MDA)质量摩尔浓度均高于野生型。此研究结果可为阐明黄瓜叶色黄化突变机理及图位克隆突变基因提供基础资料。

水稻新型黄化转绿叶色突变体的遗传分析与育种利用

在育种实践中,叶色变异可作为标记性状,在种子生产和纯度鉴定等方面得到利用。本研究中,对一个水稻新型叶色黄化转绿型自然突变体进行了形态特征观察、遗传分析和育种利用,比较了突变体与野生型的主要农艺性状,利用突变体与正常绿色水稻材料构建遗传群体对该突变体进行经典遗传学分析,通过回交选育了带叶色标记的新不育系。形态观察发现,突变体植株从苗期到分蘖剑叶全展以前的整个叶片生长发育期能持续观察到各个叶片从叶尖向叶基部由黄转绿的发育特性。突变体的主要农艺性状和产量性状与野生型基本一致;遗传分析表明突变体受1对隐性核基因控制。利用突变体与三系不育系回交转育而成的实用型黄化转绿型标记叶色不育系标记性状明显、败育彻底、配合力和可恢复性好。该突变体不同于其它叶色突变体的叶色表达特性具有很好的基础研究和育种利用价值。

一个新的水稻叶绿素缺失黄叶突变体的特征及基因分子定位

从粳稻"嘉花1号"60Coγ射线辐照的后代中筛选到一个叶绿素缺失黄叶突变体(yl11),与野生型"嘉花1号"相比该突变体表现为全生育期植株叶片呈黄色,叶绿素含量以及净光合速率明显下降,叶绿体发育不完善,并且伴随着株高等主要农艺性状的变化。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因(yl11)控制。该突变体与籼稻"培矮64S"杂交生产的F2、F3群体中的分离出突变体型920个单株作为定位群体,利用SSR和InDel分子标记将yl11基因定位在水稻第11染色体长臂上的MM2199和ID21039分子标记之间,其物理距离约为110kb,目前该区域内没有发现与水稻叶绿素合成/叶绿体发育相关已知功能基因。研究结果为今后对该基因的克隆和功能分析奠定了基础。