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两个水稻叶色突变体的生理分析与基因定位研究

Yuenyong Vanichpakorn  
【摘要】: 水稻是世界上最重要的粮食作物之一,约有一半以上的人口以其为主食,因此,提高水稻单产对维护世界粮食安全至关重要。水稻基因组较小,约430 Mb,是单子叶模式植物。实践证明,稳定的突变体是研究水稻基因功能和水稻分子育种的重要材料。其中,矮化突变体的发现与应用就是其中最典型的案例之一。育种技术的革新以及分子生物学发展的日新月异必然促进常规育种的改良,为实现水稻育种的更高目标创造条件。色素是植物从太阳光吸收光电子进行光合作用的靶物质,随着分子领域研究的发展,其在高等植物研究中引起了越来越广泛的关注。近来,通过叶绿体缺乏突变体取得了一系列研究成果,叶绿体缺乏突变体是植物体内某一种或几种光合色素缺失或缺乏,该类突变体在叶绿体发育、叶绿素代谢、光合作用等研究中具有重要的价值。在水稻育种中,该类突变体可以利用其叶色标记检测杂交组合和繁殖不育系的纯度,也具有重要的应用价值。尽管利用叶色突变体取得了一定的成果,与数量众多的叶色突变性状相比,许多研究尚需加强。我们实验室利用EMS处理自育优良恢复系缙恢10号,获得了2个遗传稳定的叶色突变体。本论文针对这两个突变体,系统研究了其遗传特性、色素含量、细胞学结构、分子定位等,为从分子水平进一步深入了解水稻色素合成机制创造了条件。主要研究结果如下: 1.新型叶色突变体wyv1的鉴定与基因定位 wyv1苗期叶片表现为黄白化,分蘖期转为黄绿,抽穗期至成熟期表现为淡绿,因此命名为白黄绿转换突变体(white-yellow-virescent leaf mutant, wyv1)。突变体的叶绿素含量显著下降,下降趋势与叶色表现成正相关。在苗期,表型最为典型,叶绿素含量最低,此时,测量叶绿素荧光动力学参数,结果发现:在叶色变化严重部位,光化学猝灭系数(qP)、PSII的实际量子效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)、初始荧光(Fo)、精光合速率(Pn)和PSII最大光化学量子产量(Fv/Fm)等均显著降低;然而,令人感兴趣的是,在新抽出叶,叶色淡绿部位,Pn和Fv/Fm与野生型相比无显著差异。遗传分析表明,该性状受核单隐性基因控制,为分子定位WYV1基因,利用籼型不育系西农1A与wyv1杂交,总共获得了1698株F2隐性定位群体。利用SSR等标记,最终把该基因定位在第3染色体上,位于SSR标记Y7和Y6之间,遗传距离分别为0.06 cM和0.03 cM。利用9311序列进行比对分析,发现物理距离仅为84 kb,这为WYV1基因的克隆和功能研究奠定了基础,也为该基因在育种的应用创造了条件。2.新型叶色突变体ygl5的鉴定与基因定位ygl5整个生育期均表现稳定的黄绿叶表型,总叶绿素含量值为1.09 mgg~(-1)到3.11mgg~(-1)不等,其中,叶绿素α和叶绿素b仅为野生型的66.1%和61.2%,为典型的叶绿素缺乏突变体。抽穗期进行细胞结构观察,结果发现,除了叶绿体基粒片层略有减少外,其它结构无明显变化。与野生型相比,有效穗、株高、千粒重等农艺性状均显著下降。遗传分析表明,该突变表型受一对单隐性核基因控制。配制西农1A和ygl5杂交组合,利用F2群体进行定位,初步把YGL5基因定位在第3染色体短臂,位于SSR标记RM12338和RM1332/RM3766之间,遗传距离分别为0.9 cM和5.5 cM/30 cM,最终把YGL5基因定位在SSR标记SWU3-1和RM14367之间,遗传距离分别为0.2 cM和1.9 cM。这为该基因的图位克隆和功能分析奠定了基础。


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