李自壯 徐乾坤 余海平 周亭亭 薛大偉 曾大力 郭龍彪 錢(qián) 前* 任德勇*
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水稻淡黃葉矮化突變體的遺傳分析及基因定位
李自壯1,2,**徐乾坤2,**余海平2周亭亭2薛大偉1曾大力2郭龍彪2錢(qián) 前2,*任德勇2,*
1杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境學(xué)院, 浙江杭州310006;2中國(guó)水稻研究所水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江杭州310006
水稻葉色突變體是研究植物光合作用、葉綠素代謝和葉綠體發(fā)育的重要材料。本研究從秈稻品種蜀恢527經(jīng)EMS (甲基磺酸乙酯)誘變處理后代中篩選出一個(gè)淡黃葉矮化突變體()。與野生型蜀恢527相比, 該突變體全生育期都表現(xiàn)出淡黃葉矮化性狀, 其劍葉的淡黃色表型最為明顯, 倒二葉次之, 倒三葉最弱, 其中劍葉的葉綠素及類(lèi)胡蘿卜素含量降低最為明顯; 并且伴隨著穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率、株高等主要農(nóng)藝性狀的顯著降低, 但有效穗顯著增多。透射電鏡觀察結(jié)果顯示, 與野生型相比, 該突變體多數(shù)葉綠體結(jié)構(gòu)基本完整, 但基粒模糊, 基質(zhì)片層大量減少且排列疏松。遺傳分析表明, 該突變性狀受一對(duì)隱性核基因控制。在突變體與粳稻武運(yùn)粳7號(hào)雜交的F2群體中分離出323個(gè)突變單株, 最終將基因定位在第11染色體的L5和L7兩標(biāo)記之間, 物理距離為115.7 kb。本研究為基因的克隆和功能分析奠定了基礎(chǔ)。
水稻; 淡黃葉矮化突變體; 遺傳分析; 基因定位
葉片是植物光合作用的主要場(chǎng)所, 植物通過(guò)葉片的光合作用產(chǎn)生有機(jī)物并且儲(chǔ)存能量[1], 實(shí)現(xiàn)了光能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化, 是植物生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。水稻葉色突變體是較常見(jiàn)的, 主要與葉綠體發(fā)育及葉綠素的合成或降解有關(guān)。對(duì)葉色突變相關(guān)基因的研究, 有助我們更好地了解葉綠素合成及代謝、植物光合作用、光化學(xué)反應(yīng)等葉色調(diào)節(jié)機(jī)制[2-6]。水稻葉色突變類(lèi)型豐富, 可細(xì)分為白化、黃化、淺綠、黃綠、綠白、白翠、綠黃、條紋8種類(lèi)型[7]。目前, 國(guó)內(nèi)外對(duì)水稻葉色突變體的大量研究, 定位并克隆了許多與葉色突變相關(guān)的基因, 如黃化基因[8]和[9]編碼葉綠素加氧酶, 是催化葉綠素合成葉綠素的關(guān)鍵酶?;蛲蛔儗?dǎo)致葉片蒼白、植株矮化, 嚴(yán)重時(shí)早衰早亡。突變體表現(xiàn)出葉黃、植株半矮化、少分蘗。[10]編碼葉綠素合酶, 催化葉綠素酸酯轉(zhuǎn)化為葉綠素, 是葉綠素生物合成最后一步反應(yīng)的催化酶, 其突變型植株表現(xiàn)為黃綠葉表型。和基因分別編碼Mg螯合酶的3個(gè)亞基, 該基因突變導(dǎo)致酶活性降低, 進(jìn)而影響葉綠體發(fā)育, 致使類(lèi)囊體膜發(fā)育不完全, 突變植株表現(xiàn)黃綠葉[11-12]表型。和[13-14]編碼葉綠素還原酶, 控制葉綠素的降解, 突變體表現(xiàn)出持綠性。最近也報(bào)道了4個(gè)水稻葉色相關(guān)基因, 其中[15]基因編碼多肽重復(fù)蛋白, 通過(guò)調(diào)節(jié)葉綠素合成相關(guān)基因來(lái)控制葉綠體發(fā)育, 突變體植株表現(xiàn)出白化葉。[16]基因編碼類(lèi)鐵氧還原蛋白, 突變體植株表現(xiàn)出黃綠葉?;蚓幋a葉綠素加氧酶, 其突變體表現(xiàn)出淺綠葉, 同時(shí)葉片提前衰老[17]。[18]基因編碼原葉綠素酸酯氧化還原酶B, 該酶在葉綠素合成中不可或缺, 突變體表現(xiàn)出黃葉。從水稻中還克隆出4個(gè)與類(lèi)胡蘿卜素代謝合成途徑有關(guān)的基因[19], 其中編碼八氫番茄紅素脫氫酶, 基因編碼ζ-胡蘿卜素脫氫酶,編碼類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)酶,編碼番茄紅素β-羥化酶, 其任何一個(gè)基因的突變都會(huì)導(dǎo)致類(lèi)胡蘿卜素合成受阻, 導(dǎo)致葉片顏色改變, 影響光合作用。本研究從秈稻品種蜀恢527經(jīng)EMS (甲基磺酸乙酯)誘變處理后代中篩選出一個(gè)淡黃葉矮化突變體, 該突變性狀由一對(duì)隱形核基因控制。與野生型相比, 該突變體從表型到生理特征都有很大差異, 其多數(shù)葉綠體結(jié)構(gòu)基本正常, 但基粒模糊, 基質(zhì)片層大量減少且排列疏松, 葉綠素及類(lèi)胡蘿卜素含量降低, 花粉育性也降低。同時(shí), 穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率、株高等主要農(nóng)藝性狀都顯著降低, 但有效穗顯著增多。利用BSA法最終將基因定位在標(biāo)記L5和L7之間, 為該基因的克隆和基因功能研究奠定了基礎(chǔ)。
1.1 試驗(yàn)材料
突變體來(lái)源于EMS誘變處理秈稻品種蜀恢527的突變體庫(kù), 經(jīng)過(guò)多代自交后, 該性狀遺傳穩(wěn)定。突變體與粳稻品種武運(yùn)粳7號(hào)雜交的F2代分離群體用于遺傳分析和基因定位。
1.2 葉綠素含量測(cè)定
在分蘗期, 分別從突變體和野生型中隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的單株各5株, 分別取其劍葉、倒二葉及倒三葉, 去主脈, 剪成2~3 cm, 稱(chēng)取0.2 g浸泡于25 mL丙酮和乙醇的混合液(95%丙酮∶無(wú)水乙醇= 2∶1)密封避光, 置26℃下暗培養(yǎng)24 h。用紫外分光光度計(jì)(DU640)測(cè)定提取液在470 nm、645 nm和663 nm 3個(gè)波長(zhǎng)下的OD值, 重復(fù)3次。根據(jù)Livchtenthaler[20]改進(jìn)的Arnon計(jì)算方法, 分別算出葉綠素、葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量。
Chl含量(mg g–1) = (12.7OD663-2.69OD645)V/ 1000W;
Chl含量(mg g–1) = (22.9OD663-4.68OD645)V/ 1000W;
Car含量(mg g–1) = (1000OD470-3.27Chl-1.04Chl)/[/(1000×198)];
Total Chl含量(mg g–1) = Chl+ Chl。
式中, V為葉綠體提取液體積(mL); W為葉片鮮重質(zhì)量(g); OD為測(cè)定波長(zhǎng)下的光密度值。
1.3 葉綠體電鏡樣品的制備與觀察
參照何瑞峰等[21]的方法用電鏡觀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透射電鏡觀察和照相。
1.4 農(nóng)藝性狀調(diào)查
待植株成熟后, 分別隨機(jī)選擇野生型和突變體長(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, 然后對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析。
1.5 花粉育性調(diào)查
隨機(jī)選當(dāng)天開(kāi)花的野生型和突變體的小穗, 各取每穗4~5個(gè)穎花, 用卡諾固定液固定48 h, 然后將花藥置載玻片上搗碎, 用1%的I2-KI溶液染色, 在顯微鏡下觀察花粉染色情況, 并照相記錄。每個(gè)材料重復(fù)3次。
1.6 基因定位
利用BSA法篩選連鎖標(biāo)記[22], 首先使用公共引物進(jìn)行多態(tài)性篩選。從F2群體中隨機(jī)選出45株突變單株進(jìn)行連鎖實(shí)驗(yàn), 初步確定該基因所在染色體的位置。再依據(jù)http://www.gramene.org/microsat設(shè)計(jì)SSR引物序列, 然后用所有突變單株進(jìn)行精確定位。采用CTAB法[23]提取親本及F2遺傳群體植株的基因組DNA, 將提取的DNA用于PCR擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)。PCR總體積10 μL, 含1.0 μL 10×PCR buffer, 0.1 μL 10 mmol L–1dNTPs, 1.0 μL前引物加1.0 μL后引物, 1 μL DNA, 0.1 μLDNA聚合酶, 5.8 μL ddH2O。PCR程序?yàn)?4℃預(yù)變性4 min; 94℃變性30 s、58℃退火30 s、72℃延伸30 s, 40個(gè)循環(huán); 72℃延伸10 min。將PCR產(chǎn)物在4%瓊脂糖凝膠上電泳分離。
1.7 遺傳圖譜的構(gòu)建
選取雜交F2群體中淡黃葉矮化表型的分離單株為作圖群體, 將具有武運(yùn)粳7號(hào)帶型的單株記為A, 具有突變體帶型的單株記為B, 具有F1帶型的單株記為H, 用MapMaker3.0進(jìn)行遺傳分子作圖, 用Kosambi函數(shù)將重組率轉(zhuǎn)化為遺傳距離[24]。
1.8 葉色相關(guān)基因的表達(dá)分析
在分蘗期, 提取野生型和突變體葉片總RNA, 所用試劑盒購(gòu)于康寧生命科學(xué)有限公司。RNA經(jīng)反轉(zhuǎn)錄合成cDNA, 利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR分析葉色相關(guān)基因在野生型及突變體中的表達(dá)情況。qRT-PCR體系(10 μL)含1 μL cDNA、0.4 μL引物、5 μL SYBR Green PCR Master Mix、3.6 μL ddH2O。PCR程序?yàn)?5℃預(yù)變性2 min; 95℃ 15 s, 60℃ 30 s, 40個(gè)循環(huán)。葉綠素合成、葉綠體發(fā)育及光合作用相關(guān)基因的表達(dá)引物見(jiàn)表1。
表1 qRT-PCR引物序列
2.1 突變體的表型及主要農(nóng)藝性狀
突變體在整個(gè)生育期均表現(xiàn)出淡黃矮化表型, 劍葉淡黃色最為明顯, 而野生型在整個(gè)生育期葉色均保持正常(圖1)。此外, 相對(duì)于野生型,突變體除了有效穗數(shù)增加外, 其他農(nóng)藝性狀如株高、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)都極顯著降低, 千粒重顯著降低(圖1和表2), 其中, 每穗總粒數(shù)、千粒重、二次枝梗數(shù)分別為野生型的40.48%、78.47%和15.93%。
2.2 突變體的光合色素含量
在分蘗期, 與野生型相比,突變體的劍葉和倒二葉的葉綠素、葉綠素、總?cè)~綠素、類(lèi)胡蘿卜素含量顯著降低(圖2-A, B)。其中, 劍葉葉綠素、葉綠素、總?cè)~綠素、類(lèi)胡蘿卜素含量降低最為明顯, 倒三葉與野生型相比, 光合色素含量無(wú)明顯差異(圖2-A, C)。
A: 苗期; B: 分蘗期; C: 抽穗期; D: 劍葉; E: 倒二葉; F: 倒三葉。
A: seedling stage; B: tillering stage; C: heading stage; D: flag leaf; E: second leaf from top; F: third leaf from top. Bar=10 cm.
2.3 突變體的超微結(jié)構(gòu)
透射電鏡觀察顯示, 野生型的葉綠體數(shù)目較多, 基質(zhì)濃厚, 葉綠體內(nèi)部的類(lèi)囊體基粒片層結(jié)構(gòu)明顯且數(shù)量較多, 緊湊規(guī)律排列(圖3-A, C); 而突變體多數(shù)葉綠體結(jié)構(gòu)基本完整, 少數(shù)發(fā)生降解, 但基粒模糊, 基質(zhì)片層大量減少且排列疏松(圖3-B, D)。
2.4 突變體花粉育性
突變體結(jié)實(shí)率明顯降低。觀察表明, 野生型花粉幾乎全部被染色(圖4-A), 而突變體的花粉染色率較低, 多數(shù)花粉只有部分被染色(圖4-B), 表明突變體花粉育性被影響, 其低結(jié)實(shí)率可能與花粉育性差有關(guān)。
表2 野生型和yld突變體農(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.
A: 劍葉光合色素含量比較; B: 倒二葉光合色素含量比較; C: 倒三葉光合色素含量比較。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 flag leaf; B: comparison of photosynthetic pigments of the second leaf; C: comparison of photosynthetic pigments of the third leaf. 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.
A: 野生型葉肉細(xì)胞; B:突變體葉肉細(xì)胞; C: 野生型葉綠體; D:突變體葉綠體。
A: mesophyll cell of the wild type; B: mesophyll cell of themutant; C: chloroplast of the wild type;D: chloroplast of themutant.
A: 野生型花粉; B:突變體花粉。
A: pollen fertility in the wild type; B: pollen fertility in themutant. Bar = 50 μm.
2.5突變性狀遺傳分析
武運(yùn)粳7號(hào)與突變體雜交的F1植株表現(xiàn)正常, F2群體出現(xiàn)分離, 從1364株F2單株中獲得323株突變體單株, 正常株(1041)∶突變株(323)符合3∶1分離比(χ2=1.19, χ20.05=3.84), 表明突變性狀受一對(duì)隱性核基因控制。
2.6基因的分子定位
利用平均分布在12條染色體上的232對(duì)SSR引物擴(kuò)增親本和基因池DNA。其中, 位于第11染色體長(zhǎng)臂上的B11-11和B11-12可能與連鎖。用F2定位群體中45株突變單株驗(yàn)證, 其中B11-11有2個(gè)交換株, B11-12有4個(gè)交換株, 且兩邊交換株不同, 初步將基因定位在B11-11和B11-12之間(圖5)。在標(biāo)記B11-11和B11-12之間合成21對(duì)InDel引物, 其中7對(duì)在兩親本之間表現(xiàn)出多態(tài)性。利用所有的323株突變植株最終將基因定位在標(biāo)記L5 (F: 5¢-AAATAATGGGCTTACGGAAAAA-3¢, R: 5¢-AGGCAGGTTATCCAAATTCA-3¢)和L7 (F: 5¢-C CATCTACATGAACTGGACATTGAC-3¢, R: 5¢-TTT ATAGGTATCTTCAGAACTCCCC-3¢)之間, 其中L5有2個(gè)交換株, L7有3個(gè)交換株, 且兩標(biāo)記之間交換株不同, 遺傳距離分別為0.3 cM和0.4 cM, 物理距離為115.7 kb (圖5)。
2.7 葉色相關(guān)基因的表達(dá)分析
突變體在全生育期都表現(xiàn)出淡黃葉性狀, 葉綠體發(fā)育異常, 葉綠素含量降低。因此, 我們檢測(cè)了突變體中葉綠素合成和降解以及衰老相關(guān)基因的表達(dá)情況, 其中葉綠素合成相關(guān)基因包括(谷氨酰-tRNA還原酶)、(NADPH原葉綠素酸酯氧化還原酶)、(葉綠素酸酯氧化酶)、(原葉綠素酸酯氧化還原酶)、(鎂離子螯合酶H亞基)、(脫脂基葉綠素酸酯a乙烯基還原酶), 葉綠素降解相關(guān)基因包括(葉綠素還原酶)、(α/β水解酶家族蛋白)、(葉綠素前體蛋白酶)、(脫鎂葉綠酸a氧化酶)和(紅色素代謝產(chǎn)物還原酶), 衰老相關(guān)基因包括(過(guò)氧化氫酶)、和(過(guò)氧化物酶)、(抗壞血酸過(guò)氧化物酶)及(轉(zhuǎn)氨酶)。qRT-PCR結(jié)果表明, 與野生型相比,、、、、、、、、表達(dá)量大幅度降低,、表達(dá)量大幅度上升,、、、、表達(dá)量沒(méi)有明顯變化(圖6)。
葉色突變導(dǎo)致植物的光合作用受阻, 影響有機(jī)物質(zhì)積累, 進(jìn)而減產(chǎn), 嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致植株死亡[25]。目前, 在第11染色體上已經(jīng)被定位的葉色相關(guān)基因中, YGL138[26]基因編碼54 kD信號(hào)識(shí)別顆粒蛋白, 作為葉綠體前體起作用, 突變體表現(xiàn)黃綠葉, 并伴隨著穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率及葉綠素含量的降低。突變體etl1[27]類(lèi)囊體分散導(dǎo)致光合作用受阻, 在發(fā)芽期呈現(xiàn)出淡黃色的芽和葉, 隨著生長(zhǎng)發(fā)育, 胚乳中的有機(jī)物逐漸消耗殆盡致使植株苗期死亡。ZEBRA2[28]基因編碼類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)酶,突變體中葉黃素含量降低導(dǎo)致斑馬葉性狀。本研究突變體也位于第11染色體, 但是其全生育期葉片均呈現(xiàn)淡黃且植株矮化, 與上述已報(bào)道的葉色突變不同, 推測(cè)可能是一個(gè)新的葉色突變體。
光合色素的含量直接影響葉片的顏色和光合作用[29],突變體葉綠素、葉綠素、總?cè)~綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量均顯著減少, 導(dǎo)致其整個(gè)生育期都表現(xiàn)出淡黃葉。超微結(jié)構(gòu)表明,突變體葉肉細(xì)胞中雖多數(shù)葉綠體結(jié)構(gòu)基本完整, 但基粒模糊, 基質(zhì)片層大量減少且排列疏松, 可能影響了光合作用, 并進(jìn)而導(dǎo)致植株矮化、穗粒數(shù)減少、結(jié)實(shí)率降低、千粒重下降等。光合和衰老相關(guān)基因的表達(dá)分析顯示, 相比于野生型, 突變體葉綠素合成途徑相關(guān)基因、、、大幅度下降, 表明突變體植株的葉綠素合成受阻, 導(dǎo)致葉綠素含量降低; 葉綠素降解途徑相關(guān)基因、、、表達(dá)量大幅度降低, 可能是突變體植株的葉綠素合成不足的緣故。衰老相關(guān)基因、表達(dá)量大幅度上升, 尤其是水稻衰老的標(biāo)志基因, 其表達(dá)量的高低可直接反應(yīng)葉片衰老程度, 暗示了突變體衰老進(jìn)程可能較快, 類(lèi)似于淡綠葉突變體[17]。
遺傳分析和基因定位表明,受單隱性核基因控制, 該基因位于第11染色體L5和L7標(biāo)記之間, 物理距離115.7 kb。在該定位區(qū)間內(nèi)共包含16個(gè)注釋基因即1個(gè)唾液酸轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域蛋白基因,基因, 1個(gè)結(jié)構(gòu)域蛋白基因, 1個(gè)熱擊蛋白基因, 3個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)蛋白基因, 3個(gè)未知基因, 6個(gè)假定蛋白基因。16個(gè)注釋基因中只有基因被克隆, 編碼了一個(gè)類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)酶, 該基因突變導(dǎo)致黃綠相間的條紋葉(即斑馬葉), 光合速率下降, 葉綠素和葉黃素含量降低[28]。然而突變體在全生育期都表現(xiàn)淡黃葉矮化, 且穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率顯著降低, 但有效穗顯著增多, 與突變體表型具有較大差異。同時(shí), 測(cè)序結(jié)果表明未發(fā)現(xiàn)基因的編碼區(qū)突變體中有堿基改變, 說(shuō)明的突變性狀可能不是由基因突變所致。因此,基因可能是該基因的克隆將為水稻葉色機(jī)制研究奠定基礎(chǔ), 同時(shí)也可作為育種的優(yōu)良種質(zhì)資源。
突變體在全生育期均表現(xiàn)出淡黃葉矮化表型, 并伴隨著有效穗數(shù)增加和株高、千粒重、結(jié)實(shí)率下降、穗粒數(shù)和枝梗數(shù)減少。與野生型相比, 該突變體葉肉細(xì)胞多數(shù)葉綠體結(jié)構(gòu)基本完整, 但基粒模糊, 基質(zhì)片層大量減少且排列疏松。突變體葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的含量降低、花粉育性降低、結(jié)實(shí)率下降。突變體性狀受1對(duì)隱性核基因控制, 該基因被定位在第11染色體長(zhǎng)臂端L5和L7標(biāo)記之間, 物理距離為115.7 kb, 可能是。
[1] Morita R, Sato Y, Masuda Y, Nishimura M, Kusaba M. Defect innon-yellow coloring 3, an a/b hydrolase-fold family protein, causes a stay-green phenotype during leaf senescence in rice.,2009, 59: 940–952
[2] Wu Z, Zhang X, He B, Diao L, Sheng S, Wang J, Guo X, Su N, Wang L, Jiang L, Wang C, Zhai H, Wan J. A chlorophyll- deficient rice mutant with impaired chlorophyllide esterification in chlorophyll biosynthesis, 2007, 145: 29–40
[3] Larkin R M, Alonso J M, Ecker J R, Chory J., a regulator of chlorophyll synthesis and intracellular signaling., 2003, 299: 902–906
[4] Sugimoto H, Kusumi K, Tozawa Y, Yazaki J, Kishimoto N, Kikuchi S, Iba K. The virescent-2 mutation inhibits translation of plastid transcripts for the plastidgenetic system at an early stage of chloroplast differentiation., 2004, 45: 985–996
[5] Kusumi K, Sakata C, Nakamura T, Kawasaki S, Yoshimura A, Iba K. A plastid protein NUS1 is essential for build-up of the genetic system for early chloroplast development under cold stress conditions., 2011, 68: 1039–1050
[6] Goh C H, Satoh K, Kikuchi S, Kim S C, Ko S M, Kang H G, Jeon J S, Kim C S, Park Y I. Mitochondrial activity in illuminated leaves of chlorophyll-deficient mutant rice () seedlings., 2010, 4: 281–291
[7] Awan M A, Konzak C F, Rutger J N, Nilan R A. Mutagenic effects of sodium azide in rice., 1979, 20: 663–668
[8] Lee S, Kim J H, Yoo E S, Lee C H, Hirochika H, An G. Differential regulation of chlorophyll a oxygenase genes in rice., 2005, 57: 805–818
[9] 劉文真. 三個(gè)水稻葉色突變體的鑒定與基因克隆. 浙江大學(xué)博士學(xué)位論文, 浙江杭州, 2006 Liu W Z. Characterization of Three Chlorophyll Deficient Mutants in Rice. PhD Dissertation of Zhejiang University, Hangzhou, China, 2006 (in Chinese with English abstract)
[10] Wu Z M, Zhang X, He B, Diao L P, Sheng S L, Wang J L, Guo X P, Su N, Wang L F, Jiang L, Wang C M, Zhai H Q, Wan J M. A chlorophyll-deficient rice mutant with impaired chlorophyllide esterification in chlorophyll biosynthesis., 2007, 145: 29–40
[11] Jung K H, Hur J, Ryu C H, Choi Y, Chung Y Y, Miyao A, Hirochika H, An G. Characterization of a rice chlorophyll-deficient mutant using the T-DNA gene-trap system., 2003, 44: 463–472
[12] Zhang H T, Li J J, Yoo J H, Yoo S C, Cho S H, Koh H J, Seo H S, Paek N C. Riceandencode Chl D and Chl I subunits of Mg-chelatase, a key enzyme for chlorophyll synthesis and chloroplast development., 2006, 62: 325–337
[13] Kusaba M, Ito H, Morita R, Iida S, Sato Y, Fujimoto M, Kawasaki S, Tanaka R, Hirochika H, Nishimura M, Tanaka A. Riceis involved in light-harvesting complex II and grana degradation during leaf senescence., 2007, 19: 1362–1375
[14] Sato Y, Morita R, Katsuma S, Nishimura M, Tanaka A, Kusaba M. Two short-chain dehydrogenase/reductases, Non-yellow Coloring 1 and Nyc1-like, are required for chlorophylland light-harvesting complex II degradation during senescence in rice., 2009, 57: 120–131
[15] Zhang Z M, Tan J J, Shi Z Y, Xie Q J, Xing Y, Liu C H, Chen Q L, Zhu H T, Wang J, Zhang J L, Zhang G Q. Albino leaf 1 that encodes the sole octotricopeptide repeat protein is responsible for chloroplast development in rice., 2016, 171: 1182–1191
[16] Li C M, Hu Y, Huang R, Ma X Z, Wang Y, Liao T T, Zhong P, Xiao F L, Sun C H, Xu Z J, Deng X J, Wang P R. Mutation ofgene encoding a ferredoxin-like protein with C-terminal extension causes yellow-green leaf phenotype in rice., 2015, 238: 127–134
[17] Yang Y L, Xu J, Huang L C, Leng Y J, Dai L P, Rao Y C, Chen L, Wang Y Q, Tu Z J, Hu J, Ren D Y, Zhang G H, Zhu L, Guo L B, Qian Q, Zeng D L., encoding chlorophyllide a oxygenase 1, impacts leaf senescence and indirectly affects grain yield and quality in rice., 2015, 67: 1297–1310
[18] Sakuraba Y, Rahman M L, Cho S H, Kim Y S, Koh H J, Yoo S C, Paek N C. The rice faded green leaf locus encodes protochlorophyllide oxidoreductase B and is essential for chlorophyll synthesis under high light conditions., 2013, 74: 122–133
[19] Fang J, Chai C L, Qian Q, Li C L, Tang J Y, Sun L, Huang Z J, Guo X L, Sun C H, Liu M, Zhang Y, Lu Q T, Wang Y Q, Lu C M, Han B, Chen F, Cheng Z K, Chu C C. Mutations of genes in synthesis of the carotenoid precursors of ABA lead to pre-harvest sprouting and photo-oxidation in rice., 2008, 54: 177–189
[20] Lichtenthaler H K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomenbranes., 1987, 148: 350–382
[21] 何瑞峰, 丁毅, 余金洪, 祖明生. 水稻溫敏葉綠素突變體葉片超微結(jié)構(gòu)的研究. 武漢植物學(xué)研究, 2001, 19: 1–5 He R F, Ding Y, Yu J H, Zu M S. Study on leaf ultrastructure of the thermo-sensitive chlorophyll deficient mutant in rice, 2001, 19: 1–5 (in Chinese with English abstract)
[22] Michelmore R W, Paran I, Kesseli R V. Identification of markers linked to disease-resistance genes by bulked segregant analysis: a rapid method to detect markers in specific genomic regions by using segregating populations., 1991, 88: 9828–9832
[23] Rogers S O, Bendich A J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues, 1985, 5: 69–76
[24] Kosambi D D. The estimation of map distances from recombination values., 1944, 12: 172–175
[25] 王亞琴, 施軍瓊, 張婷, 李燕, 張?zhí)烊? 張小龍, 桑賢春, 凌英華, 何光華. 水稻綠葉突變體的鑒定及候選基因分析. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48: 4197–4208 Wang Y Q, Shi J Q, Zhang T, Li Y, Zhang T Q, Zhang X L, Sang X C, Ling Y H, He G H. Characterization and candidate gene analysis of yellow-green leaf mutantin rice., 2015, 48: 4197–4208 (in Chinese with English abstract)
[26] Zhang F T, Luo X D, Hu B L, Wan Y, Xie J K., encoding a putative signal recognition particle 54 kDa protein, is involved in chloroplast development of rice., 2013, 6: 7
[27] Mao D H, Yu H H, Liu T M, Yang G Y, Xing Y Z. Two complementary recessive genes in duplicated segments control etiolation in rice., 2011, 122: 373–383
[28] Han S H, Sakuraba Y, Koh H J, Paek N C. Leaf variegation in the ricemutant is caused by photoperiodic accumulation of tetra-cis-lycopene and singlet oxygen., 2012, 33: 87–97
[29] 邢才, 王貴學(xué), 黃俊麗, 吳金鐘. 植物葉綠素突變體及其分子機(jī)理的研究進(jìn)展. 生物技術(shù)通報(bào), 2008, (5): 10–12Xing C, Wang G X, Huang J L, Wu J Z. Research on chlorophyll mutation of plants and molecular mechanism., 2008, (5): 10–12 (in Chinese with English abstract)
Genetic Analysis and Gene Mapping ofMutantin Rice
LI Zi-Zhuang1,2,**, XU Qian-Kun2,**, YU Hai-Ping2, ZHOU Ting-Ting2, XUE Da-Wei1, ZENG Da-Li2, GUO Long-Biao2, QIAN Qian2,*, and REN De-Yong2,*
1College of Life and Environmental Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310006, China;2State Key Laboratory of Rice Biology, China National Rice Research Institute, Hangzhou 310006, China
Leaf color mutants of rice are ideal materials in studies on photosynthesis, chlorophyll metabolism and chloroplast development in plants. A yellow leaf and dwarf mutant,(),was obtained from ethyl methane sulfonate (EMS)-treated Shuhui 527 (L.). Compared with the wild type, themutant showed yellow leaf and dwarfism, and the contents of chlorophyll and carotenoid were obviously decreased. Transmission electron microscope observation revealed that the structure of most chloroplasts seemed to be normal, however, with the fuzzy grana, and fewer and looser stroma lamella in themutant. Meantime, plant height, branch number, grain number per panicle, 1000-grain weight and seed-setting rate were significantly decreased, while the number of effective panicle was obviously increased in themutant compared with those in the wild type. Genetic analysis showed that themutant traits were controlled by a single recessive gene. The 323 mutational individuals from the F2generation of the cross of Wuyunjing 7 andmutant were used for gene mapping. Finally, thelocus was mapped on chromosome 11 between two Indel markers L5 and L7, with an approximate 115 kbphysical region. These results would facilitate cloning and functional analysis for thegene.
Rice; Yellow leaf and dwarf mutant; Genetic analysis; Gene mapping
10.3724/SP.J.1006.2017.00522
本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31401464)資助。
The study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31401464).
任德勇, E-mail: rendeyong616@163.com; 錢(qián)前, E-mail: qianqian188@hotmail.com
**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)
李自壯, E-mail: 15906682710@163.com; 徐乾坤, E-mail: xuqiankun1008@163.com
2016-07-19;
Accepted(接受日期): 2016-11-02;
Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2016-11-11.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20161111.1356.002.html