水稻黃化突變體xnt7的生理特性和基因精細(xì)定位.pdf

1、植物利用光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為可利用的能源并產(chǎn)生氧氣和有機(jī)物。葉片是植物光合作用的主要器官，水稻產(chǎn)量的95％來自葉片的光合作用，所以葉片發(fā)育的正常與否將嚴(yán)重影響水稻產(chǎn)量的高低。葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，與碳同化密切相關(guān)，其形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及數(shù)目的變化都會(huì)影響光合作用。葉綠素含量的變化也會(huì)直接影響光合速率。葉綠體的發(fā)育和葉綠素的形成是受核基因和葉綠體自身基因共同控制的，某些基因的突變將導(dǎo)致葉綠體發(fā)育缺陷、葉綠素合成受損和光合功能受阻等進(jìn)

2、而形成典型的葉色突變。水稻葉色突變體是研究光合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能、葉綠素生物合成及葉綠體發(fā)育的理想材料。本試驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的突變體xnt7是從粳稻中花11的組培后代中分離出來的，由于突變株葉綠體發(fā)育不正常，不能進(jìn)行光合自養(yǎng)，所以在3葉期突變株死亡。本研究以野生型中花11為對(duì)照，對(duì)突變體xnt7進(jìn)行了形態(tài)學(xué)鑒定、遺傳分析、光合色素測(cè)定以及葉綠體的電鏡觀察，并通過初步定位、精細(xì)定位、候選基因預(yù)測(cè)對(duì)目的基因XNT7進(jìn)行了定位及分析。主要研究結(jié)果如下:<

3、br>　　1.xnt7突變體的表型鑒定
　　與野生型中花11相比，該突變體鞘葉表現(xiàn)為綠色，而其余部位從發(fā)芽后至3葉期一直表現(xiàn)黃化，3葉后（一個(gè)月左右）逐漸死亡。
　　2.xnt7葉綠體超微結(jié)構(gòu)分析
　　與野生型相比，黃化突變體nt7鞘葉細(xì)胞的葉綠體內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常，沒有明顯基質(zhì)和基粒類囊體分化;而且每個(gè)葉綠體都出現(xiàn)幾個(gè)很長(zhǎng)的，具有基粒厚度的片層結(jié)構(gòu)，沒有基質(zhì)片層結(jié)構(gòu)。黃化突變體葉片其他部位的葉綠體形態(tài)不規(guī)則，數(shù)目較少，其內(nèi)

4、的基粒數(shù)目很少，葉綠體片層結(jié)構(gòu)分布十分凌亂，雖然存在少量的基粒類囊體，但由于沒有基質(zhì)類囊體而使基粒類囊體彼此相互孤立，不能形成完整的光合膜系統(tǒng)。
　　3.xnt7的光合色素及光合特性分析
　　黃化突變體鞘葉中的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量和類胡蘿卜素含量雖然低于正常的野生型鞘葉的濃度，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于突變體其它部位的濃度，這也說明了xnt7的鞘葉與其葉片其他部位在失綠程度上差異大，并且能夠保持一定綠色的原因。
　　黃化

5、突變體xnt7其它葉片組織中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量和類胡蘿卜素含量均比野生型中花11顯著降低，由于總?cè)~綠素含量下降幅度大于類胡蘿卜素的，所以xnt7葉片失綠并顯現(xiàn)出黃色。
　　黃化突變體nt7凈光合速率為負(fù)值。說明突變體只進(jìn)行呼吸作用而沒有進(jìn)行光合作用，植株不能自養(yǎng)而死亡。
　　4.XNT7基因的遺傳分析
　　以縉恢1號(hào)與突變體xnt7構(gòu)建F1群體，F(xiàn)1植株葉片表現(xiàn)正常，單株收獲F2代種子，根據(jù)后代葉色是否分

6、離，選留葉色分離的種子混合形成遺傳分析和基因定位的F2代群體。
　　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示F2群體中出現(xiàn)性狀分離，且正常單株(338株)∶黃化突變株（126株）符合3∶1的分離比例(x2=1.14＜ x20.05=3.84)，說明突變性狀受1對(duì)隱性核基因控制。
　　5.XNT7基因的精細(xì)定位及候選基因的確定
　　通過精細(xì)定位將NT7基因定位于第6染色體R3634-10與R4329-4兩個(gè)標(biāo)記之間50Kb的區(qū)域內(nèi)，這一區(qū)域內(nèi)沒

7、有黃化相關(guān)基因的報(bào)道，說明XNT7是一個(gè)新的黃化基因。定位區(qū)間內(nèi)包含8個(gè)基因，結(jié)合Rice eFP Browser網(wǎng)站對(duì)這些基因表達(dá)的預(yù)測(cè)，對(duì)在葉片中強(qiáng)烈表達(dá)的3個(gè)基因的全長(zhǎng)基因組測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LOC_Os06g49670基因在突變體中發(fā)生1個(gè)堿基G的缺失，突變位于基因的第一外顯子，其他基因未發(fā)生突變。LOC_Os06g49670編碼一個(gè)三角五肽(pentatricopeptide repeat，PPR)蛋白，含有以35個(gè)簡(jiǎn)并氨基酸為重