水稻白條紋葉突變體wsl1的遺傳分析及基因精細(xì)定位

莫 祎 孫志忠 丁 佳 余 東 孫學(xué)武 盛夏冰 譚炎寧 袁貴龍 袁定陽(yáng)1,,3,* 段美娟

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水稻白條紋葉突變體的遺傳分析及基因精細(xì)定位

莫 祎1,2,**孫志忠2,**丁 佳2余 東2孫學(xué)武2盛夏冰2譚炎寧2袁貴龍2袁定陽(yáng)1,2,3,*段美娟1,*

1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 湖南長(zhǎng)沙 410128;2湖南雜交水稻研究中心雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖南長(zhǎng)沙 410125;3國(guó)家南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心, 湖南長(zhǎng)沙 410128

從粳稻日本晴和秈稻R1128雜交衍生的重組自交系群體中獲得一個(gè)穩(wěn)定遺傳的白條紋葉突變體(), 世代為F10。與親本R1128相比, 突變體表現(xiàn)出白條紋葉, 同時(shí)葉脈呈現(xiàn)白化, 該性狀在苗期就出現(xiàn)并持續(xù)整個(gè)生育期; 突變體的株高、每穗總粒數(shù)、劍葉長(zhǎng)、生育期顯著增加, 而結(jié)實(shí)率顯著下降, 其他農(nóng)藝性狀沒(méi)有顯著變化。分蘗期突變體的葉綠素、葉綠素和胡蘿卜素含量較雜交親本R1128顯著下降; 透射電鏡觀(guān)察表明, 與野生型相比, 突變體的葉綠體形狀異常, 不規(guī)則。遺傳分析表明, 該突變性狀由1對(duì)隱性核基因控制。精細(xì)定位后發(fā)現(xiàn), 目標(biāo)基因位于第1染色體短臂上標(biāo)記M1-54與標(biāo)記M1-70之間, 兩者相距89.7 kb。生物信息學(xué)分析表明候選區(qū)間內(nèi)共有8個(gè)開(kāi)放閱讀框, 暫未發(fā)現(xiàn)已報(bào)道的葉色相關(guān)基因; 其中編碼肽基脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶, GO (Gene Ontology)分類(lèi)顯示其可能與類(lèi)囊體形成有關(guān), 后續(xù)將通過(guò)比較測(cè)序、qRT-PCR等分子實(shí)驗(yàn)來(lái)確定候選基因。

水稻; 白條紋葉突變體; 遺傳分析; 基因定位

植物通過(guò)葉綠體進(jìn)行光合作用、合成有機(jī)物并貯藏能量, 實(shí)現(xiàn)了光能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)換[1]。葉綠體發(fā)育缺陷、葉綠素代謝紊亂都有可能影響植物光合作用效率, 導(dǎo)致葉色突變。葉色突變體不僅可以作為作物育種的篩選標(biāo)記, 也有利于光合作用、葉綠素的新陳代謝和葉綠體的發(fā)育等代謝過(guò)程的研究, 具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值[2]。

水稻白化(albino)現(xiàn)象是常見(jiàn)的突變類(lèi)型, 嚴(yán)重影響了葉片的光合效率, 造成植物的減產(chǎn)甚至死亡。水稻白化突變體可以分成白化型、條紋葉型和斑點(diǎn)型3種[3]。Nagamatsu等[4]在1962年首次發(fā)現(xiàn)了白條紋突變體, 此類(lèi)突變體一般由核基因或質(zhì)體基因突變引起, 是研究核質(zhì)互作模式的理想材料[5]。近年來(lái), 鑒定了越來(lái)越多的水稻白條紋葉突變體, 并對(duì)其分子機(jī)制進(jìn)行了深入研究[6]。位于第3染色體上, 突變體在苗期表現(xiàn)為葉片白條紋, 分蘗期轉(zhuǎn)綠, 影響植株的株高、穗長(zhǎng)、產(chǎn)量等重要農(nóng)藝性狀。在突變體中(核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶)、(NADH脫氫酶第2亞基)和(NADH脫氫酶第4亞基)等基因表達(dá)量均下調(diào), 葉綠體內(nèi)能量代謝失衡, 葉綠體發(fā)育受損, 色素含量降低[7]。突變體在成熟后的植株基部有少數(shù)葉片的中脈出現(xiàn)白色條斑, 成熟植株抽出的穗呈白色, 推測(cè)基因可能參與調(diào)節(jié)葉綠體發(fā)育過(guò)程[8]。是白條紋葉基因的等位基因, 是一個(gè)低溫敏感型條紋葉突變體?；蚪M序列分析發(fā)現(xiàn),突變體在核糖核苷二磷酸還原酶小亞基編碼區(qū)第314~315堿基缺失, 第316~317堿基由GC變?yōu)門(mén)T, 導(dǎo)致該基因閱讀框移碼突變, 蛋白質(zhì)翻譯提前終止, 編碼一個(gè)核糖核苷酸還原酶小亞基[9]。OsPDS (八氫番茄紅素脫氫酶)、OsZDS (ζ-胡蘿卜素脫氫酶)、OsCRTISO (胡蘿卜素異構(gòu)酶)、β-OsLCY (番茄紅素β-羥化酶)這4個(gè)酶都參與類(lèi)胡蘿卜素前體-ABA的合成, 任何一個(gè)突變均可能導(dǎo)致突變體中ABA含量下降, 引起穗萌和白化[10]。李娜等[11]將白色中脈基因定位在第4染色體CH413和CH415之間約122 kb范圍內(nèi),突變性狀主要表現(xiàn)為葉的近軸面中脈白化, 遠(yuǎn)軸面及其他部位正常。由電鏡結(jié)果表明葉片位于白色中脈部位的葉綠體不能正常發(fā)育, 但其他性狀并沒(méi)有明顯異常。突變體的白條紋表型出現(xiàn)在分蘗期, 是因?yàn)樵诘鞍拙幋a區(qū)域的一個(gè)堿基由A突變?yōu)門(mén), 并且在N端編碼一個(gè)與HD結(jié)構(gòu)域相關(guān)的金屬依賴(lài)磷酸水解酶。導(dǎo)致突變體的葉綠體結(jié)構(gòu)異常, 性狀比野生型的葉綠體小, 內(nèi)囊體結(jié)構(gòu)受損, 減弱了光合效率, 從而降低水稻的結(jié)實(shí)率和千粒重[12]。和是2個(gè)同源基因, 編碼葉綠素氧合酶, 該酶能催化葉綠素轉(zhuǎn)換為葉綠素, 導(dǎo)致突變體出現(xiàn)淡綠葉的表型[13]。突變體顯現(xiàn)了淡綠條紋窄葉的表型, 在突變體中葉綠體發(fā)育受阻, 色素含量降低, 細(xì)胞分裂受損, 是因?yàn)榫幋a磷酸核糖胺甘氨酸連接酶, 是嘌呤合成途徑的第2種酶, 亞細(xì)胞定位表明VAL蛋白在葉綠體表達(dá)。VAL1是嘌呤合成途徑中有關(guān)鍵作用的酶, 能夠調(diào)節(jié)水稻葉片發(fā)育期間的葉綠體發(fā)育、葉綠素代謝以及細(xì)胞分裂[14]。因此葉綠素代謝和葉綠體發(fā)育相關(guān)的基因突變會(huì)導(dǎo)致突變體植株出現(xiàn)不正常的葉色表型。

由于白條紋葉形成機(jī)制復(fù)雜, 需要更多的突變體研究才能全面理解其分子機(jī)制。本研究考查白條紋葉突變體的株高、穗粒數(shù)等相關(guān)農(nóng)藝的性狀變化, 測(cè)量葉綠素含量, 電鏡觀(guān)察突變體的葉綠體及葉脈結(jié)構(gòu), 并開(kāi)展基因的遺傳分析和精細(xì)定位, 為進(jìn)一步克隆奠定了基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

水稻白條紋葉突變體來(lái)源于粳稻日本晴與秈稻R1128構(gòu)建的重組自交系群體, 世代為F10。2017年在湖南雜交水稻研究中心試驗(yàn)田種植白條紋突變體和親本。5月10日播種, 四葉期移栽, 單本栽插, 移栽密度20 cm′20 cm。突變體和野生型均設(shè)3次重復(fù), 每重復(fù)40株, 待植株成熟后, 選擇親本和突變體中長(zhǎng)勢(shì)一致的單株各10株, 考察株高、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等主要農(nóng)藝性狀, 用Microsoft Excel軟件整理數(shù)據(jù), 利用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS進(jìn)行測(cè)驗(yàn)分析。

1.2 葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量的測(cè)定

在分蘗期選取突變體和親本R1128各5株, 3次重復(fù), 測(cè)定植株葉片的葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量。從主莖的最上部葉、倒二葉和倒三葉上混合取0.2 g葉片, 剪碎浸泡在15 mL 80%丙酮溶液中, 于4℃避光浸提48 h, 中間振蕩數(shù)次, 最后定容至 25 mL。用紫外分光光度計(jì)(UV-1700)測(cè)定提取液在663 nm、643 nm和470 nm 波長(zhǎng)下的吸光值。按照Arnon的方法計(jì)算葉片中總?cè)~綠素(Chl, chlorophyll)、葉綠素(Chl)、葉綠素(Chl)和類(lèi)胡蘿卜素(Caro)的含量。

Chl含量(mg g–1) = (12.72 OD663–2.59 OD645) V/1000W;

Chl含量(mg g–1) = (22.88 OD645–4.67 OD663) V/1000W;

Caro含量(mg g–1) = (1000 OD470–3.27 Chl–104 Chl)V/(1000W*229);

Chl含量(mg g–1) = Chl+Chl= (20.29 OD645+ 8.05 OD663) V/l000W

式中, OD指測(cè)定波長(zhǎng)下的吸光值; V指葉綠素提取液總體積(mL); W指材料鮮重(g)。

1.3 葉綠體電鏡樣品的制備與觀(guān)察

取5周齡的植株, 分別取突變體的全白部位、綠轉(zhuǎn)白部位、全綠部位及親本R1128的相應(yīng)部位的葉片, 用電鏡觀(guān)察突變體和野生型葉片的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。以戊二醛和鋨酸雙重固定后, 利用不同梯度的乙醇逐級(jí)脫水, 再置換和包埋, 制超薄切片, 以醋酸雙氧鈾和檸檬酸鉛液雙重染色, 用Hitachi公司的H-7650透射電鏡觀(guān)察和照相。

1.4 葉片橫切面樣品的制備與觀(guān)察

分別取親本R1128及突變體的5周齡植株葉片, 用顯微鏡觀(guān)察橫切面結(jié)構(gòu)。以戊二醛和鋨酸雙重固定后, 利用不同梯度的乙醇逐級(jí)脫水, 再置換和包埋, 制半薄切片, 以甲苯胺藍(lán)作為染色劑染色, 用顯微鏡觀(guān)察和照相。

1.5 wsl1的遺傳分析

2016年長(zhǎng)沙正季, 將突變體分別與野生型R1128、日本晴正反交得到F1, 其中R1128/、/日本晴2個(gè)組合同年冬季在海南三亞加代獲得F2。2017年在湖南雜交水稻研究中心試驗(yàn)基地同時(shí)種植F1、F2, 5月10日播種, 5月30日移栽。當(dāng)植株長(zhǎng)至五至六葉期, 觀(guān)察各植株的葉色, 同時(shí)統(tǒng)計(jì)2個(gè)組合 F2群體中突變表型和正常表型的植株數(shù), 計(jì)算分離比, 并進(jìn)行c2測(cè)驗(yàn), 推斷的遺傳模式。

1.6 基因定位及候選基因分析

利用水稻公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的SSR引物, 對(duì)定位親本日本晴和進(jìn)行多態(tài)性篩選; 分別選取F2定位群體的10株正常和突變株構(gòu)建基因池, 利用BSA法(集團(tuán)分離分析法)篩選目標(biāo)基因連鎖標(biāo)記[15], 初步確定所在染色體位置。再依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)(http://www. gramene.org/microsat)在初步定位區(qū)間內(nèi)設(shè)計(jì)加密引物, 利用F2:3群體中選出的667株隱性突變單株進(jìn)行基因精細(xì)定位。利用RGAP (http://rice.plantbiology. msu.edu/index.shtml)網(wǎng)站, 對(duì)精細(xì)定位區(qū)間內(nèi)的候選基因進(jìn)行分析。

采用CTAB法[13]提取親本、F1及F2植株的基因組DNA, 用于PCR擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)。PCR總體積10 μL, 含 5.0 μL 10×Mix, 0.2 μL前引物加0.2 μL后引物, 0.6 μL DNA, 4.0 μL dd H2O。PCR程序?yàn)?4℃預(yù)變性5 min; 94℃變性30 s、55℃退火30 s、72℃延伸45 s, 35個(gè)循環(huán); 72℃延伸5 min。在8%聚丙烯酰胺凝膠上電泳分離PCR產(chǎn)物。

2 結(jié)果與分析

2.1 突變體wsl1及親本的表型分析

對(duì)觀(guān)察發(fā)現(xiàn), 自苗期開(kāi)始(圖1-A), 其葉色由正常綠色轉(zhuǎn)變成白化葉色, 每片葉都從葉脈開(kāi)始變白, 然后向兩邊擴(kuò)展, 最后形成不規(guī)則的白條紋葉表型。突變體在三亞(圖1-C)種植發(fā)現(xiàn)葉邊緣和葉中脈白化現(xiàn)象突出, 在長(zhǎng)沙(圖1-B)種植發(fā)現(xiàn)葉片中脈白化嚴(yán)重, 邊緣白化沒(méi)有三亞種植的植株明顯, 推測(cè)突變體的白條紋性狀可能受到溫度和光照強(qiáng)度的影響。與R1128相比(表1), 突變體顯著增加了株高、每穗總粒數(shù)和劍葉長(zhǎng), 而結(jié)實(shí)率卻下降了18.5%。同時(shí)比R1128晚了15 d抽穗。

圖1 野生型R1128和突變體wsl1在苗期、分蘗期和抽穗期的表型

A: 五葉期幼苗, 左為野生型, 右為; B: 長(zhǎng)沙突變體分蘗期; C: 三亞突變體分蘗期; D: 長(zhǎng)沙突變體孕穗期。

A: five-leaf stage. Left: WT; Right:. B–D: the mutantat tillering stage in Changsha (B), tillering stage in Sanya (C), and booting stage in Changsha (D).

表1 野生型R1128和突變體wsl1農(nóng)藝性狀

*表示野生型與突變體在0.05水平差異顯著;**表示野生型與突變體在0.01水平差異顯著。

*represents significant difference between themutant and wild type at the 0.05 probability level.**represents significant difference between themutant and wild type at the 0.01 probability level.

2.2 突變體與野生型葉綠素含量的測(cè)定

突變體苗期葉綠素的含量與親本R1128相比顯著性降低(圖2), 總?cè)~綠素含量極顯著降低, 而葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素差異均不顯著; 而分蘗期葉綠素、葉綠素和總?cè)~綠素的含量與野生型相比都極顯著下降, 突變體苗期和分蘗期的葉綠素總含量的增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)低于親本R1128, 表明對(duì)葉片色素的合成具有重要的調(diào)控作用。

2.3 突變體葉綠體超微結(jié)構(gòu)觀(guān)察

超微結(jié)構(gòu)觀(guān)察顯示, 野生型葉肉細(xì)胞中葉綠體形狀規(guī)則, 均勻分布在液泡周?chē)? 基質(zhì)濃厚, 基粒豐富, 片層排列緊密(圖3-A)。突變體葉肉細(xì)胞中葉綠體形狀不規(guī)則, 呈現(xiàn)多種形態(tài), 大小不一(圖3-B); 葉綠體性狀呈現(xiàn)降解趨勢(shì), 形態(tài)進(jìn)一步多樣化, 并出現(xiàn)一定的葉綠體的空泡化, 片層開(kāi)始降解, 葉綠體數(shù)量進(jìn)一步減少(圖3-C); 多數(shù)葉綠體類(lèi)囊體膜系統(tǒng)退化和分解嚴(yán)重, 類(lèi)囊體基粒片層數(shù)量明顯減少, 片層間距拉大, 排列疏松, 葉綠體體積進(jìn)一步減少, 體積和數(shù)量都遠(yuǎn)小于正常葉片的葉綠體(圖3-D)。說(shuō)明在水稻的生長(zhǎng)過(guò)程中調(diào)節(jié)葉綠體的結(jié)構(gòu)及葉綠體的降解過(guò)程。

圖2 野生型R1128和突變體wsl1苗期和分蘗期葉綠素的含量比較

A: 苗期光合色素含量比較; B: 分蘗期光合色素含量比較。Chl: 葉綠素; Chl: 葉綠素; Total Chl: 葉綠素+葉綠素; Car: 類(lèi)胡蘿卜素。*表示野生型與突變體在0.05水平差異顯著; **表示野生型與突變體在0.01水平差異顯著。

A: comparison of photosynthetic pigments of the seeding stage; B: comparison of photosynthetic pigments of the tillering stage; Chl: chlorophyll; Chl: chlorophyll; Total Chl: content of chlorophylland chlorophyll; Car: carotenoids. * represents significant difference between themutant and wild type at the 0.05 probability level; ** represents significant difference between themutant and wild type at the 0.01 probability level.

圖3 突變體wsl1和野生型R1128葉肉細(xì)胞中葉綠體顯微結(jié)構(gòu)

A: 野生型葉肉細(xì)胞; B:白條紋葉綠區(qū)葉肉細(xì)胞; C:白條紋葉綠轉(zhuǎn)白區(qū)葉肉細(xì)胞; D:白條紋葉白區(qū)葉肉細(xì)胞。c: 葉綠體; v: 液泡。

A: mesophyll cell of the wild type; B: mesophyll cell of themutant’s green leaf; C: mesophyll cell of themutant’s leaf regions with color change from green to white; D: mesophyll cell of themutant’s white leaf. c: chloroplast; v: vacuole.

2.4 葉橫切面圖

葉片橫切面圖(圖4)顯示野生型的葉綠素含量高于突變體。圖4-A的色素更集中, 排列緊密, 顏色鮮艷, 而圖4-B顏色較淡, 色素分布散落, 呈現(xiàn)一定降解趨勢(shì)。但在葉片結(jié)構(gòu)上, 突變體的規(guī)則化凸起較野生型更加突出, 從實(shí)際葉片觸摸感也能感受到顆粒感更為明顯, 葉片較野生型更加堅(jiān)硬。從圖4-A可看出野生型葉片的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞排列規(guī)則, 呈正常扇面, 而圖4-B突變體的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞排列疏松, 形狀各異, 無(wú)扇面型; 表明突變體不僅會(huì)改變水稻葉片葉綠體的含量, 也能一定程度上改變水稻葉片的葉表結(jié)構(gòu)。

2.5 wsl1的遺傳分析

正常葉色的粳稻品種日本晴、秈稻品種R1128分別與突變體的2個(gè)正反雜交F1都表現(xiàn)為正常葉色, 組合R1128/與/日本晴的F2后代中分離出了正常葉色和白條紋葉2種類(lèi)型單株, 二者分離比與理論值沒(méi)有顯著差異, 符合3∶1, 表明受1對(duì)隱性核基因獨(dú)立控制(表2)。

2.6 WSL1的基因定位及候選基因預(yù)測(cè)

利用308對(duì)SSR引物對(duì)突變體和日本晴進(jìn)行多態(tài)性分析, 篩選到109對(duì)多態(tài)性良好的標(biāo)記。采用BSA法構(gòu)建表型基因池, 發(fā)現(xiàn)白化突變體初步定位在第1染色體短臂; 隨后用104個(gè)隱性單株驗(yàn)證, 將初定位在標(biāo)記RM10022與RI02428之間; F2:3群體分離的白條紋單株667株作為精細(xì)定位群體, 利用新開(kāi)發(fā)的5對(duì)多態(tài)性標(biāo)記(表3), 最終將基因定位在標(biāo)記M1-54與標(biāo)記M1-70之間, 兩者相距89.7 kb (圖5)。利用水稻表達(dá)譜數(shù)據(jù)庫(kù)(http:// ricexpro.dna.affrc.go.jp/index.html)預(yù)測(cè)此區(qū)間內(nèi)含有8個(gè)開(kāi)放閱讀框(ORF), 其功能預(yù)測(cè)見(jiàn)表4。

圖4 野生型和突變體wsl1分蘗期的葉片橫切面圖

A: 野生型葉片橫切面; B:白條紋葉片橫切面。M: 運(yùn)動(dòng)細(xì)胞。

A: cross section of wild type leaf; B: cross section ofmutant’s leaf. M: motor cell.

表2 突變體wsl1的遺傳分析

表3 WSL1基因的連鎖標(biāo)記

圖5 WSL1的精細(xì)定位

: 群體大小; recombinant: 重組單株數(shù)。

: number of group; recombinant: number of recombinant.

表4 WSL1定位區(qū)域內(nèi)基因信息

3 討論

根據(jù)突變性狀對(duì)個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育的影響, 水稻葉色突變可分為致死突變(如[16]、[17])和非致死突變(如[18]、[19])。一般情況下, 因?yàn)榘谆缛狈θ~綠素, 不能正常進(jìn)行光合作用, 只能依靠種子中的胚乳營(yíng)養(yǎng)而生長(zhǎng), 當(dāng)胚乳耗盡時(shí)植株就會(huì)死亡, 表現(xiàn)出苗期致死效應(yīng)[20]。但是一些白化相關(guān)突變體的突變性狀只在苗期表達(dá), 生長(zhǎng)后期葉片可以轉(zhuǎn)綠, 恢復(fù)正常葉色, 光合色素含量的變化和葉色變化相一致, 因此這類(lèi)突變對(duì)主要農(nóng)藝性狀無(wú)顯著影響[21]。本文研究的屬條紋型非致死突變, 為自然發(fā)生突變, 且突變體整個(gè)生育期葉片都表現(xiàn)白條紋形狀, 突變體苗期葉綠素含量顯著低于野生型, 總?cè)~綠素含量極顯著低于野生型, 分蘗期突變體葉綠素、葉綠素和總?cè)~綠素均顯著低于野生型, 葉綠素的變化直接導(dǎo)致葉片呈現(xiàn)白化現(xiàn)象。

現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)的多個(gè)葉脈白化突變體((())均屬于中脈白化突變體, 即僅在主葉脈處白化, 其他部分正常。而與它們不同, 除中脈白化外, 次級(jí)葉脈也褪綠白化[22]。本文研究的突變體與突變體呈現(xiàn)類(lèi)似的突變性狀, 除主葉脈白化外, 次級(jí)葉脈也會(huì)有一定程度的白化現(xiàn)象。但不同的是, 突變體的葉緣部分也會(huì)有白化現(xiàn)象, 且位于第6染色體上, 異于本文的突變體材料。突變體自苗期到抽穗期出現(xiàn)條紋性狀, 并伴隨有白穗現(xiàn)象, 會(huì)影響突變體的產(chǎn)量, 抽穗期加長(zhǎng), 株高、穗長(zhǎng)和千粒重降低[23]。但是突變體葉片綠色部分細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整, 葉綠體發(fā)育完全, 綠轉(zhuǎn)白部分細(xì)胞中的葉綠素開(kāi)始呈現(xiàn)降解趨勢(shì), 當(dāng)其完全轉(zhuǎn)白后, 白化部分細(xì)胞中空, 葉綠體內(nèi)部幾乎完全降解, 葉肉細(xì)胞及其葉綠體發(fā)育嚴(yán)重受阻, 最終導(dǎo)致植株生長(zhǎng)緩慢, 生育期延長(zhǎng)。

水稻中已克隆14個(gè)白條紋或白化基因, 有的表現(xiàn)出白化致死, 如[24]、[25]、[26]、[27]、[28]; 有的屬于溫度依賴(lài)型, 如[29]、[30]、、[31]、[32]等; 有的表現(xiàn)出白化轉(zhuǎn)綠, 如[33]等。而本文所研究的白化突變體, 與已發(fā)現(xiàn)的其他突變體的基因位置及生理表型都不一樣。與[34]同處于第1染色體, 突變體的白條紋表型出現(xiàn)在苗期, 而突變體的白條紋表型出現(xiàn)在分蘗期; 且的預(yù)測(cè)區(qū)間也不同于。在的預(yù)測(cè)基因范圍內(nèi),的表達(dá)產(chǎn)物是磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,的表達(dá)產(chǎn)物是乙酰輔酶a,的表達(dá)產(chǎn)物是逆轉(zhuǎn)錄子蛋白,的表達(dá)產(chǎn)物是磷酸烯醇丙酮酸羧化酶,與大多數(shù)的前體合成有關(guān),的表達(dá)產(chǎn)物是果膠甲酯酶抑制劑家族蛋白,與肽基脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶的形成有關(guān); Go分類(lèi)分析顯示編碼磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白, 通過(guò)整合磷酸鹽(Pi)和鋅(Zn)缺陷信號(hào), 調(diào)控鐵(Fe)運(yùn)輸, 此基因已被克隆, 暫時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與葉綠體發(fā)育相關(guān)。調(diào)節(jié)植物體的生物學(xué)進(jìn)程、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及質(zhì)體的組成。參與生物的多個(gè)生命活動(dòng), 包括類(lèi)囊體結(jié)構(gòu)的形成。類(lèi)囊體膜上含有光合色素和電子傳遞鏈組分, 光能向活躍的化學(xué)能的轉(zhuǎn)化在類(lèi)囊體膜上進(jìn)行。有文獻(xiàn)表明突變體在苗期就顯現(xiàn)白化性狀,基因編碼能催化嘌呤核苷合成過(guò)程中的第2步需要用到的甘氨酰胺核苷酸合成酶, 因此突變體白化部分的類(lèi)囊體膜變少, 導(dǎo)致突變體中的葉綠素合成和光合作用異常,通過(guò)影響質(zhì)粒編碼基因的表達(dá)而影響葉片早期發(fā)育中葉綠體發(fā)育的過(guò)程[35]。

4 結(jié)論

從日本晴和R1128的重組自交系中獲得1個(gè)白條紋葉色突變體, 此突變體在苗期開(kāi)始表現(xiàn)白化葉性狀, 突變性狀貫穿全生育期, 成熟期的株高、每穗總粒數(shù)和劍葉長(zhǎng)相較生育期親本R1128都顯著增加, 而結(jié)實(shí)率卻顯著性下降, 但每穗實(shí)粒數(shù)、有效穗等其他農(nóng)藝性狀沒(méi)有顯著差異。苗期突變體與野生型相比葉綠素和總?cè)~綠素含量顯著下降, 成熟期突變體與野生型相比葉綠素、葉綠素和總?cè)~綠素都極顯著下降, 突變體的葉綠體形狀不規(guī)則, 結(jié)構(gòu)異常, 呈現(xiàn)提前降解趨勢(shì)。突變體由1對(duì)隱形核基因控制, 位于第1染色體短臂, 限定在89.7 kb的物理區(qū)間內(nèi), 暫未在此區(qū)段發(fā)現(xiàn)葉色突變體的報(bào)道, GO (Gene Ontology)分類(lèi)顯示其可能與類(lèi)囊體形成有關(guān)。

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Genetic analysis and fine mapping of white stripe leaf mutantin rice

MO Yi1,2,**, SUN Zhi-Zhong2,**, DING Jia2, YU Dong2, SUN Xue-Wu2, SHENG Xia-Bing2, TAN Yan-Ning2, YUAN Gui-Long2, YUAN Ding-Yang1,2,3,*, and DUAN Mei-Juan1,*

1Hunan Agricultural University, Changsha 410128, Hunan, China;2State Key Laboratory of Hybrid Rice, Hunan Hybrid Rice Research Center, Changsha 410125, Hunan, China;3National South Grain and Oil Crops Collaborative Innovation Center, Changsha 410128, Hunan, China

A white stripe leaf mutantwas obtained from the recombinant inbred lines derived from the cross ofvar.Nipponbare andL. subsp.R1128. The mutantshowed white striped leaves and albino veins firstly at the seedling stage and then through the whole growth period. Agronomic traits such as plant height, number of spikelets per panicle, flag leaf length and heading date were significantly increased, while the seed setting rate decreased significantly in the mutant. Compared with wild type R1128, the chlorophyll, chlorophyll, and carotene contents of mutant leaves obviously decreased. Microscope observation indicated there were significantly decreased normal chloroplast and a large number of abnormal chloroplasts in mutant. Genetic analysis indicated that the mutant phenotype was controlled by a single recessive nuclear gene.was mapped on the short arm of chromosome 1, between markers M1-54 and M1-70, with physical distance of about 89.7 kb. There were eight new open reading frames in the candidate region. Among themencodes a peptide-based prolyl cis-trans isomerase, GO (Gene Ontology) classification showed that it might be related to thylakoid formation.

rice; white stripe leaf mutant; genetic analysis; gene mapping

2018-11-08;

2019-01-19;

2019-03-01.

10.3724/SP.J.1006.2019.82054

段美娟, E-mail: duanmeijuan@163.com; 袁定陽(yáng), E-mail: yuandingyang@hhrrc.ac.cn

**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

莫祎, E-mail: 759447001@qq.com; 孫志忠, E-mail: szznihaoa@163.com

本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(3167166), 水稻種子良種繁育關(guān)鍵技術(shù)研究與示范(2018YFD0100802), 香港中文大學(xué)合作項(xiàng)目培育超高產(chǎn)雜交水稻組合(TK1711793), 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2017ZD02)和湖南省自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目(2017JJ3166)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (3167166), the Research and Demonstration of Key Technology of Improved Seed Breeding of Rice Seeds (2018YFD0100802), the Chinese University of Hong Kong (CUHK) Joint Project to Develop Super-High Yield Hybrid Rice (TK1711793), the Scientific and Technological Innovation Project of Hunan Academy of Agricultural Sciences (2017ZD02), and the Project of Hunan Natural Science Youth Foundation (2017JJ3166).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190228.1100.006.html