水稻叶色突变研究进展

水稻叶色突变体表型变异明显,易于观察、利用和鉴别。叶色相关基因在水稻叶绿体形成与发育、叶绿素代谢等过程中,具有极其重要的作用。目前,在水稻所有的染色体中都发现了控制叶色相关的基因。文章从叶绿素合成、降解、水稻叶色突变表型以及叶色变化的分子机制等方面阐述了水稻叶色突变形成的机制。     

大麦叶色转换突变系的转换特性及其基因控制

对大麦叶色转换突变系的研究结果表明：大麦叶色转换突变系的叶色转换特性是受遗传与环境因素共同控制的,植株转色的表现要有适宜外界环境条件的诱导,否则与其它间类型的大麦无异;植株转色的根本原因是叶根素合成代谢变化的结果,突变系转色期间叶绿素的合成过程受阻,且受阻部位在ＡＬＡ形成之后;突变系叶色转换特性的表现是由隐性、单核基因控制的．     

水稻白化突变体alb21生理特性和基因定位

高等植物叶绿体的正常发育需要叶绿体基因和核基因相互协调,这些基因的突变将导致叶绿体发育的缺陷．通过同位素诱变,获得了1例水稻的白化突变体alb21,其在幼苗时期就表现出白化性状,生长1个月左右逐渐死亡．遗传学分析表明,该突变属于单基因隐性突变;电镜观察表明,突变体细胞内完全丧失了叶绿体结构,只有一些空泡状的结构．突变体中既没有检测出叶绿素a或b,也没有检测出叶绿素合成的前体——原脱植基叶绿素a,说明此突变体的叶绿素合成途径受阻．因此,推测Alb21基因的突变,导致叶绿体发育受阻,叶绿素a或b以及叶绿素合成的前体——原脱植基叶绿素a不能合成．利用本实验室开发的水稻InDel分子标记,将该突变基因定位在第3条染色体上分子标记R3M51—2与R3M52—5之间约1520kb范围内．这些结果为该基因的克隆及叶绿体发育过程中的功能研究奠定了基础．     

水稻黄绿叶基因YGLOSH的定位克隆

本文利用~(60)Co γ射线诱变光温敏感型核不育系广占63S(GZ63S),在后代中获得一个稳定遗传的黄绿化叶色突变体黄广占63S,突变体从苗期至成熟期均显示叶片黄化特征.遗传分析表明该性状受一对隐性核基因控制,命名为yglosh.利用BSA方法分析突变体黄广占63S与正常绿叶对照蜀恢881构建的F2群体,将该黄化基因定位于水稻2号染色体分子标记RM279和Pm6之间,物理距离约68kb.定位区间的cDNA测序分析发现,突变体中LOC_Os02g05890基因发生单碱基突变,形成终止子提前终止该基因的翻译.转基因互补实验确定LOC_Os02g05890为目标基因,可能参与叶绿体发育或者叶绿素生物合成途径.     

一个水稻苗期白化致死突变体asl6的鉴定及其基因定位

经60Coγ诱变处理粳稻"嘉花1号"得到一个稳定遗传苗期白化致死突变体asl6(albino seedling lethality 6).与野生型(WT)相比,该突变体从发芽出苗起一直表现白化,四叶期逐渐死亡,叶合色素含量几乎没有且没有完整的叶绿体结构.通过qRT-PCR分析发现,与叶绿体发育、叶绿素合成及光合作用相关的基因表达量明显下调.对利用asl6突变体与"培矮64S"杂交获得的F2代分离群体进行遗传分析,发现该突变表型受单个隐性核基因控制.利用图位克隆技术将该asl6基因定位于第2号染色体的InDel分子标记ID31982与SSR分子标记MM5712之间约293 kb的区域内.目前,该范围内没有叶色相关基因的报道,可能为一新的调控水稻叶绿体发育的基因.     

水稻矮秆基因d-ss的遗传分析与克隆

通过γ射线诱变,从粳稻品种9522的M2代中筛选出一株矮秆水稻(Oryza sativa L.)突变体,定名d-ss.d-ss突变体表现为叶色深绿、短宽的叶片、以及小而圆的籽粒.以d-ss突变体与籼稻品种龙特普杂交的F2代群体为基因定位群体,利用InDel分子标记将d-ss突变位点定位在5号染色体上的InDel标记ZZ5-6和ZZ1343之间,物理距离为412kb.最终通过图位克隆的方法获得了此基因,测序结果表明此基因在编码区发生了两处缺失突变.     

秦皇岛海岸带10种乡土植物叶色参数与色素质量分数的年变化

为探讨植物叶色参数和色素质量分数的年变化,以秦皇岛海岸带园林应用价值较高的10种乡土植物为试验材料,测定叶色参数和叶绿素、胡萝卜素、叶黄素的质量分数,并进行叶色参数和色素质量分数的相关分析。结果表明,大部分植物的光泽明亮度L~*,样品红绿饱和度a~*值,叶绿素a,叶绿素b和总叶绿素质量分数的年变化趋势相似,样品黄蓝饱和度b~*值变化规律存在较大差异;叶色参数与叶绿素质量分数呈显著或极显著负相关,类胡萝卜素与叶色参数的相关性因植物种类而定。L~*值可准确预估刺槐、孩儿拳头叶绿素质量分数变化;a~*值可准确预估刺槐、荆条胡萝卜素质量分数变化;b~*值可准确预估紫穗槐和达乌里胡枝子叶绿素、胡萝卜素、叶黄素,叶底珠叶绿素、胡萝卜素及孩儿拳头胡萝卜素质量分数变化。     

水稻低温敏感叶色突变体tcd32鉴定与遗传分析

对粳稻"嘉花1号"经60Coγ诱变处理获得的稳定遗传低温敏感叶色突变体tcd32进行了表型鉴定与遗传分析.在20℃条件下,该突变体表现为白色,光合色素含量明显下降,叶绿体发育不完整,植株最终枯萎死亡;在25℃条件下,三叶期之前幼苗表现为黄色,从第四叶开始逐渐转为黄绿色,光合色素含量也明显下降;而在30℃条件下,其表型与野生型(WT)相比没有明显差异.通过对培矮64S与tcd32杂交的F2代分离群体进行遗传分析,结果表明:该低温敏感叶色突变体性状是受一对隐性核基因(tcd32)控制,利用图位克隆技术将tcd32基因定位在水稻第3染色体上顶端537 kb区域内,发现TCD32是一个新的水稻早期叶绿体发育相关基因.     

水稻白叶枯病菌致病相关基因筛选系统的建立

水稻白叶枯病菌Xanthomonas oryzae pv.oryzae是水稻生产中最严重的细菌性病害之一。本研究采用Tn5转座子随机插入突变的方法构建水稻白叶枯病菌广西菌株K74的突变体库,Southern杂交显示Tn5随机单拷贝插入基因组。通过水稻致病性检测试验,目前获得15个致病力降低50%以上的突变体,为定位Tn5插入突变基因,经质粒拯救、测序、序列分析后发现:4个突变基因为gum基因簇基因,5个为LPS基因簇基因,2个为metB基因,1个为hrpB1基因,2个是与糖合成转移酶相关基因,1个为编码假定蛋白的基因。其中14个突变基因是已知的与致病相关的基因。实验结果表明本研究成功建立了一个筛选水稻白叶枯病菌致病相关基因的系统,为进一步研究水稻白叶枯病致病相关基因,阐明该病的致病机理奠定基础。     

水稻白叶枯病菌hrp调节基因hrpG的鉴定及其变异分析

根据水稻细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xooc)hrp基因的序列设计引物,通过PCR方法从水稻白叶枯病菌JXOⅢ和PXO99A菌株中扩增得到核苷酸序列完全一致的hrpG基因.以该基因为探针与JXOⅢ/pUFR034基因组文库中含有hrpX克隆pUHRX245(36.8 kb)的4个亚克隆进行southern blot分子杂交,确定在亚克隆pB1中1.3 kb大小的片段和AE4(3.0 kb)片段中存在hrpG同源序列.测序结果表明,在pB1中有586个碱基序列,在AE4中有206个碱基,共同构成完整的hrpG基因,且与已知的hrpX基因是毗邻的.以同样方法从水稻白叶枯病菌PXO99A菌株的hrp-突变体M16中扩增得到hrpG基因对应位置的同源突变序列.序列分析表明其有意义突变为541位的C→T的突变,从而导致亮氨酸变为苯丙氨酸(Leu→Phe).将hrpG基因和突变序列分别导入突变体M16中,转移结合子M16/hrpG(PXO99A)恢复了其在烟草上的过敏反应和在水稻上的致病性,而突变序列的结合子M16/hrpG(M16)则不能使其恢复功能,从而确定M16是由于单个碱基的突变所引起的功能突变.经过对基因及其产物的比对发现,对于第Ⅱ组hrp调节基因hrpG的变异,种间变化明显高于种内不同致病变种的变化.     

3种叶色型拧筋槭叶片生理特性比较

以3种不同叶色型(红色型、暗红色型、黄色型)拧筋槭为研究对象,测定叶片中花色素苷含量、光合色素含量、可溶性糖含量、pH等生理指标,通过方差分析、多重比较、相关分析等分析影响拧筋槭叶片颜色形成的内在因素.结果显示:不同叶色型拧筋槭间叶片各生理指标均存在极显著差异.3种色型中,红色型叶片花色素苷含量最高,暗红色型光合色素含量较高;不同色型叶片间叶绿素a与叶绿素b在色素组成中所占比例较为稳定,变化范围相对较小,分别在13%～18%和24%～28%窄幅变化,而花色素苷与类胡萝卜素占比变化范围较大,分别在7%～24%和36%～52%.花色素苷与类胡萝卜素在色素组成中所占比例对拧筋槭叶片颜色的形成具有重要作用.花色素苷与叶绿素b、电导率、pH存在极显著正相关关系,与类胡萝卜素和可溶性糖表现为微弱负相关,相关性未达到显著水平.     

60Co γ-Ray射线诱变水稻突变体的分离和遗传学初步分析

为了研究水稻发育的分子机制,我们利用γ射线对粳稻品种9522进行诱变,共诱变了3 000 g种子,M1代单株收种,M2代移栽5 963个株系于上海农科院.在M2代中筛选突变体,并在M3代中复选,最终得到了叶、株型育性等各类形态突变体666份.对其中162株突变体进行了遗传分析,有53.61%的突变体出现3∶1的分离,这些突变体是隐性的单位点突变.同时,这些突变体的分离也为水稻功能基因分离和功能鉴定等研究打下了良好的基础,并为水稻发育的研究提供了宝贵的材料.     

基于基因芯片的水稻胚乳发育相关基因生物信息学分析

水稻(Oryza sativa L.)胚乳的发育状况直接影响着水稻的产量和品质,而胚乳发育过程中复杂的分子机制尚不明确.为揭示水稻胚乳发育过程基因的表达模式,挖掘胚乳发育过程不同时期可能的关键基因,以水稻日本晴开花后(0day after flower,0DAF)籽粒中的子房和开花后第3天、第9天、第16天(3DAF、9DAF、16DAF)籽粒中的胚乳细胞基因芯片表达谱数据为研究对象,筛选并分析了不同时期表达量存在显著差异的基因.结果表明:同处于乳熟期的胚乳细胞(开花后第3天和第9天)基因表达模式最相似,间隔的天数越多,基因表达模式的差异程度越大;开花后第0～3天胚乳细胞消耗大量的能量,且在第3天达到峰值;胚乳中营养物质的积累从开花后第3天开始,第9天时积累最盛,到第16天时物质积累基本完成.加权基因共表达网络分析(WGCNA)发现,不同时期可能的关键基因具有不同的功能,涉及的生物过程包括叶绿素合成、活性氧清除、激素调控和脂质代谢.旨在揭示水稻籽粒开花时到胚乳大体完成增长时胚乳发育相关基因的表达模式,为培育产量高、品质优的水稻品种奠定分子基础.     

稻瘟菌致病性变异突变体的筛选及共分离分析

通过筛选稻瘟菌(Magnaporthe grisea)P131小种的REMI(Restriction Enzyme MediatedIntegration)转化体库获得对水稻品种梅雨明致病性变异的突变体,命名为PX1.与野生型菌株P131相比,该突变体对水稻品种梅雨明致病性丧失,在洋葱表皮上侵染钉形成率显著降低,而孢子萌发率和附着胞形成率差异不显著.遗传分析表明,该突变体的突变表型和潮霉素抗性标记共分离,说明突变是由于外源质粒插入引起的,因此,可以此为标记克隆控制该表型的基因.     

水稻抗旱机制及相关基因研究进展

本文对水稻在干旱胁迫下的伤害机理进行了总结和综述,干旱胁迫会诱导水稻特定基因表达,这些基因的表达和调控能使水稻抵御干旱胁迫的伤害。在此通过简要概述水稻抗旱机制和抗旱相关基因一些进展,为提高水稻抗旱性和抗旱育种提供相关参考。     

小麦育种中弱光和红光利用改良的探索

高光效育种是提高小麦单产的重要途径,弱光和红光利用是小麦光能利用改良的核心内容之一.研究基于新乡地区的光照条件,分析了百农矮抗58、百农4199、百农160、周麦22等不同小麦品种越冬期和灌浆期的光照强度,检测了苗期的叶色,并在灌浆初期和中期利用红光及蓝光照射叶色不同的品种,检测了光合效率,分析了不同品种的叶绿素a与叶绿素b的比值.结果表明小麦越冬期光照强度显著低于灌浆期,可见光7种光质中,红光比例最高且上午(7:00-9:00)和下午(17:00-19:00)比例增加.苗期百农160和百农4199叶色最深,宝丰7228颜色最浅,差异极显著.红光处理的小麦旗叶光合效率高于蓝光,百农4199的光合效率均显著高于矮早781和宝丰7228,但叶绿素a与叶绿素b的比值显著低于矮早781和宝丰7228,蓝光下不同品种旗叶光合效率和叶绿素a与叶绿素b的比值差异不显著.     

我国科学家成功克隆一个水稻增产关键基因

水稻理想株型是当前国内外超级水稻研究中的一个核心领域，即通过改变水稻在分蘖、茎秆、穗粒等方面的结构特点，提高水稻产量。IPA1基因是控制水稻理想株型的关键多效基因。最近我国科学家研究发现，基因IPA1发生突变后，会使水稻分蘖数减少，穗粒数和千粒重（以克表示的一千粒种子的重量）增加，同时茎秆变得粗壮，增加了抗倒伏能力。     

水稻条斑病细菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola)Wzt基因参与LPS O-抗原合成和影响细菌致病性

ABC-转运系统将同质O-抗原多糖链从细胞质内膜转运到细胞周质空间合成脂多糖(LPS).通过功能互补和亚克隆序列分析在X.oryzae pv.oryzicola的基因组文库中发现了一个Wzt基因,该基因编码产物是运输O-抗原的ABC-转运系统的疏水组成部分,为ATP-结合蛋白.为区别基因来源将该基因命名为WztXooc.WztXooc编码一个35.9 ku的蛋白质.通过分析发现,WztXooc与数据库中的其他细菌包括水稻白叶枯病菌的ABC-转运系统的ATP结合蛋白质不同.在WztXooc序列中仅发现ATP-结合蛋白中4个保守基序的3个,没有发现ATP-结合位点Walker A(ATP/GTP binding sitemotif A).通过基因插入突变得到WztXooc基因突变体Mwzt.LPS分析表明:由于该基因突变使O-抗原链不能转运通过细胞质膜,不能形成完整的LPS分子,突变体菌落表面丧失了产生大量胞外多糖的能力;突变细菌不产生鞭毛,丧失了游动性和生物膜形成的能力.重要的是突变体在水稻上的繁殖能力和致病性明显下降,证明WztXooc基因与LPS合成及致病性有关.     

水稻高温白化复绿突变体tcd52的遗传分析和分子定位

粳稻品种“嘉花1号”经甲基磺酸乙酯（EMS）化学诱变处理,获得一个稳定遗传水稻幼苗高温白化复绿突变体tcd52.该突变体在高温（>24℃）条件下,二叶期叶色呈白色失绿,三叶期开始复绿,四叶期后与野生型没有明显差异;而在低温（20℃）条件下,tcd52突变体苗期叶色与野生型一致呈绿色,无白化现象.利用该突变体tcd52与“培矮64S”杂交构建F₂遗传群体,发现苗期的高温白化复绿叶色性状受到一对隐性核基因控制,并将该突变基因（tcd52）定位在水稻第5染色体上的ID05M16025和ID05M16113分子标记之间的127 kb区间内,经测序推定突变基因是编码PPR蛋白的基因LOC＿Os05g49920.结果表明：tcd52是一个受高温响应且影响水稻早期叶绿体发育的关键基因.今后将进一步对tcd52基因进行研究,以加深了解温度对水稻叶绿体分子发育机理.     

水稻光敏色素A基因克隆及其在光形态建成中的作用

克隆了OsPHYA基因,分析光暗诱导下该基因的表达、极低辐照度反应(VLFR)条件下萌发率测定、VLFR和高辐照度反应(HIR)条件下胚芽鞘伸长以及白化苗转绿过程中叶绿素含量测定等实验.结果表明,OsPHYA基因在黑暗条件下根、茎和叶中的积累水平高于光照处理;OsPHYA在VLFR下能促进水稻种子萌发;而在VLFR和HIR反应中,OsPHYA抑制水稻胚芽鞘的伸长.对OsphyA突变体和野生型的主要农艺性状进行了比较分析,发现2种基因型仅在每株穗数方面有一定差异,说明光敏色素A对水稻的农艺性状影响不明显.