水稻白化转绿突变体G_9的特性分析和基因定位研究

【摘要】： 叶绿体发育和叶绿素的合成受阻对植物的生长发育有着重要的影响,通常使叶色发生变异,迄今已鉴定出大量与叶绿素和叶绿体发育有关的叶绿素缺陷突变体。水稻叶色白化转绿型突变体(green revertible albino mutant)是众多叶绿素缺陷突变体中较为特殊的一类,其在一定生育期内叶片表现为白化状,但后期则可正常合成叶绿素,失绿的叶片组织随着植株的生长发育而逐渐复绿,叶片呈正常绿色。该类突变体可作为叶色标记性状应用于光温敏雄性不育系(T/PGMS)、细胞质雄性不育系(CMS)和水稻杂交育种中,特别是在种子纯度易受温度影响的两系杂交稻育种中具有重要的实用价值；同时对于植物叶绿体发育及光合作用相关功能基因的研究具有重要的理论价值。 本研究以一份具生育期依赖性的水稻叶色白化转绿突变体G9为研究对象,对突变体表型、叶绿素含量变化、遗传特性、近等基因系特性及杂种后代的农艺性状特性进行了较为系统的研究,并利用SSRs及InDels分子标记对突变基因进行了定位研究。 1.G9突变体的叶色表型特征 G9突变体叶色白化转绿性状的表达不受温度控制。田间条件下,突变体G9植株从出苗到4叶一心期表现为明显的白化现象,而4叶一心期后新生叶片颜色逐渐回复正常绿色,同时前1-3白叶也由叶脉向边缘逐渐转绿；第四叶后新叶颜色与野生型植株的几乎没有差异。 2.G9突变体的叶绿素含量 转绿前,突变体G9中叶绿素a、叶绿素b的含量仅为同期广占63S的0.24%、0.40%。转绿过程中,G9叶绿素含量仍低于野生型的含量,其Chla、Chlb含量相对于广占63S分别提高到22.87%、42.66%。转绿后,突变体中Chla、Chlb的含量分别达到同时期的广占63S的97.34%、90.47%。突变体G9的叶绿素含量由低到高的变化过程与其在田间叶色的表达动态相一致。这表明突变体G9叶片内光合色素的合成相对延迟于其野生型亲本。 3.G9突变体的遗传特性 播种突变体G9与叶色正常品种AM6杂交F3代,对有叶色分离的株系进行统计分析,结果符合3：1的理论比。上结果表明G9突变体的白化转绿性状受一对隐性核基因控制。 4.G9突变体的白化转绿基因定位 选用RM202、RM287对G9/AM6的F2代中30个隐性突变个体小群体进行连锁分析,发现RM202、RM287带型分离比为G9：F1：AM6分别为10：19：1、21：9：0,表明突变基因确实位于水稻第11号染色体上的SSR标记RM202与RM287之间。进一步采用G9/AM6杂交F2代的859个突变体单株为定位群体,并利用分布于RM202-RM287之间的63对SSRs和24对InDels将白化转绿突变基因clbGZ定位在InDel标记IDJ6和IDJ12之间的1.34Mb物理距离内,遗传距离分别为0.16cM和0.25cM。 5.G9与其野生型广占63S的等基因系特性 选择均匀分布于水稻12条染色体上的144对SSR引物对突变体G9及其野生广占63S进行多态性分析。结果发现,在144对SSR引物中,有110对扩增出产物带型,除RM202有差异外,其余109对SSR在G9和广占63S间均未出现多态性条带,说明二者具有一致的SSR单基因组,是一对良好的近等基因系。 6.突变基因对杂种后代农艺性状的影响 对G9/AM6杂交F4代的农艺性状进行比较,发现突变基因对幼苗总根数、白根数、最大根长和苗期株高均有显著影响；对植株分蘖能力、成熟期株高、单穗实粒数、结实率、千粒重、单株产量均有显著影响,而对有效穗数则无明显影响。