水稻白化突變體alb24的遺傳分析及其基因定位

摘要 [目的]對水稻葉色發(fā)育缺陷突變體的研究有助于闡釋高等植物葉綠體發(fā)育和光合作用所必需的基因網(wǎng)絡(luò)。[方法]從秈稻品種華粳秈74發(fā)展的一個株系中出現(xiàn)幼苗期葉片白化、四葉期枯死的表型分離，通過與粳稻中花11構(gòu)建F2群體和分子標(biāo)記，對突變體進(jìn)行遺傳分析和基因定位。[結(jié)果]該白化突變體由一對隱性核基因控制，暫命名為alb24，定位于第6染色體SSR標(biāo)記RM276和Indel標(biāo)記ID49551之間，遺傳距離分別為5.0和0.1 cM。[結(jié)論] ALB24基因的初步定位為進(jìn)一步的精細(xì)定位和克隆該基因奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 水稻；白化突變體；遺傳分析；基因定位

中圖分類號 S511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）17-05377-03

Abstract [Objective] To study on defective mutants of rice leaf development helps explain chloroplast development and gene networks required for photosynthesis in higher plants. [Method] A mutant line developed from an indica variety Huajingxian74 showed segragation of albino leaves in seedling stage and lethality in fourleaf stage. Genetic analysis and gene mapping of the mutant was conducted through the development of molecular markers and F2 population derived from the cross between a japonica variety Zhonghua 11 and the mutant. [Result] The genetic analysis showed that the albino phenotype was controlled by a single recessive gene， named as alb24， and ALB24 was mapped between SSR maker RM276 and InDel maker ID49551 on chromosome 6， with genetic distances of 5.0 and 0.1 cM， respectively. [Conclusion] The results of primary mapping of ALB24 laid the foundation for further fine mapping and cloning of the gene.

Key words Rice （Orzya sativa L.）； Albino mutant； Genetic analysis； Gene mapping

葉色變異是植物較常見的一種表型變異，是研究植物光合作用、光形態(tài)建成、激素生理以及抗病機(jī)制等一系列生理代謝過程的好材料[1]。由于導(dǎo)致突變的基因往往是直接或間接影響葉綠素的合成和降解，改變?nèi)~綠素含量，所以葉色突變體也稱為葉綠素突變體。葉色突變依據(jù)突變表型出現(xiàn)的時期，可分為苗期葉色突變和苗期后葉色突變。一般來講，苗期葉色突變大多在幼苗期已可見突變性狀，且變異類型豐富，有黃化、白化和淡綠色等多種變異類型。

目前，國內(nèi)外已經(jīng)報道了80多個水稻苗期葉綠素突變有關(guān)基因，部分基因已被克隆，主要涉及與葉綠素合成和降解相關(guān)的基因[2]。此外，多個研究表明與光合系統(tǒng)無直接關(guān)系的基因突變也會造成苗期葉色突變[3-5]。

水稻作為模式植物，水稻白化突變體是研究植物葉綠素合成、葉綠體分化以及質(zhì)-核互作的理想材料。實驗室獲得一個水稻白化突變體alb24。筆者在遺傳分析的基礎(chǔ)上，對控制該白化突變性狀的基因進(jìn)行定位，以期為該基因的克隆奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料 水稻白化突變體在華粳秈74的后代中篩選獲得，再經(jīng)自交和選擇，成為遺傳穩(wěn)定的品系。中花11為發(fā)育正常的粳稻品種。

1.2 遺傳分析和定位群體的構(gòu)建 利用水稻白化苗突變體與中花11配置雜交組合，F(xiàn)1自交獲得F2。F2群體用于水稻白化苗性狀的遺傳分析及相關(guān)基因的分子定位。

1.3 基因定位的方法 采用TPS法提取水稻葉片DNA[6]。定位中連鎖標(biāo)記的篩選采用Michelmore 等[7]提出的近等基因池分析法。將F2分離群體中的正常株和白化苗分成2組，每組內(nèi)將20個單株的DNA混合，形成正常株和突變體的2個池。利用

SSR分子標(biāo)記技術(shù)尋找在2個池的擴(kuò)增有差異的譜帶；再用分離后代單株，驗證該多態(tài)性是否真正與目標(biāo)基因連鎖及連鎖距離。利用shen等[8]發(fā)展的水稻全基因組DNA多態(tài)數(shù)據(jù)庫在目標(biāo)區(qū)域發(fā)展InDel 標(biāo)記；根據(jù)分子標(biāo)記分析的結(jié)果，利用MAPMAKER （EXP3.0b）作圖軟件[9]，構(gòu)建目標(biāo)基因區(qū)域的分子標(biāo)記連鎖圖譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 突變體的表型特征和遺傳分析 突變體alb24出苗即白化，3 d后白化特征更清晰。待幼苗長至3片葉時，第1葉淡綠色，部分植株第3葉葉尖沿葉緣出現(xiàn)轉(zhuǎn)綠跡象。3葉期后（第11天），白化苗葉尖開始枯黃，直至4葉期枯死。

將華粳秈74與中花11配置正反交雜交組合，其F1均表現(xiàn)為正常綠色，說明該白化性狀為隱性遺傳，綠色對白化為顯性。F1代自交，獲得7個F2分離群體。對各群體的葉色性狀進(jìn)行觀察（表1），在同一世代分離群體中不同株系的植株均出現(xiàn)綠苗和白化苗2種表型，經(jīng)χ2驗證，其分離比符合3 ∶1的分離比例，說明該白化性狀是受1對隱性核基因控制。

2.3 候選基因分析 由基因定位結(jié)果可知，目的基因ALB24距最近的標(biāo)記ID4955-1的遺傳距離為0.1 cM，而該遺傳距離約相當(dāng)于物理距離30 kb。為此，試驗利用水稻基因組注釋數(shù)據(jù)庫（http：//rice.plantbiology.msu.edu/）重點對靠近標(biāo)記ID4955-1的定位區(qū)間進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)LOC_Os06g13000基因編碼一個錨蛋白（ankyrin repeat domain-containing protein），可能與葉綠體發(fā)育有關(guān)。

3 結(jié)論與討論

白化（albino） 是植物葉色突變體的常見類型之一，其表型的產(chǎn)生與葉綠素合成密切相關(guān)，受遺傳因素和外部環(huán)境的共同作用。目前，定位在第6染色體上的白化突變體基因有albino1[10]和albino9[11]，但這2個基因的染色體區(qū)間尚不知。ALB24定位在RM276與ID49551之間5.0 cM的范圍內(nèi)，尚不知ALB24是否與albino1或albino9基因等位。

試驗將ALB24基因定位在水稻第6染色體SSR標(biāo)記RM276和InDel標(biāo)記ID4955-1之間，分別距其5.0和0.1 cM，利用水稻基因組注釋數(shù)據(jù)庫對該區(qū)域序列進(jìn)行分析，其間存在1個與葉綠素缺失相關(guān)的基因LOC_Os06g13000。LOC_Os06g13000基因與擬南芥EMB506 （AT5G40160）同源。在擬南芥中EMB506是胚胎發(fā)育所必需的，且影響葉綠體發(fā)育。但要最終確定LOC_Os06g13000基因是否為alb24突變體的候選基因，還有待進(jìn)一步的驗證。

水稻白化突變體alb24屬隱性突變，由一對核基因控制。突變體候選基因ALB24位于水稻第6染色體的SSR標(biāo)記RM276和Indel標(biāo)記ID49551之間，遺傳距離分別為5.0和0.1 cM。ALB24基因的初步定位為進(jìn)一步的精細(xì)定位和克隆該基因奠定了基礎(chǔ)。

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