水稻葉緣白化突變體mal的遺傳分析與基因定位.pdf

1、水稻產(chǎn)量的95％來自其葉片的光合作用，而葉片是水稻光合作用的主要器官，葉色相關(guān)基因的突變會改變水稻葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能，對光合作用產(chǎn)生影響，故而通過對水稻葉色突變體的研究有助于提高水稻產(chǎn)量，改善水稻品質(zhì)，在水稻育種上具有重要的理論意義和實踐價值。本研究報道了一個水稻葉緣白化突變體mal(marginal albino leaf)，來源于優(yōu)良恢復(fù)系縉恢10號(Oryza sativa L.ssp.indica)的EMS誘變?nèi)后w，經(jīng)過多代自交

2、觀察，其突變性狀遺傳穩(wěn)定。本文對該突變體進行了形態(tài)學(xué)鑒定、光合色素含量分析、細胞透射電鏡分析等研究，并對mal進行了遺傳分析和精細定位。主要結(jié)論如下:
　　1 mal的表型鑒定
　　突變體mal從苗期開始葉片邊緣就呈現(xiàn)白化，一直持續(xù)到成熟，抽穗后，mal的三片功能葉的白化面積自上而下依次增大，即劍葉白化部分最少。mal突變體與野生型相比，植株顯著變矮，表現(xiàn)為各節(jié)間的長度均顯著變短。mal突變體葉片也明顯變窄，倒二葉和倒三葉的

3、長度也顯著變短。此外，mal突變體的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、千粒重與對照相比均顯著降低，而結(jié)實率和主穗長則沒有明顯變化。
　　2光合色素含量分析
　　為了研究mal突變體葉綠素含量的變化，我們在苗期和抽穗期分別測定了野生型和mal突變體的葉綠素含量。結(jié)果表明，在苗期，mal突變體與野生型相比，各光合色素含量均極顯著降低。抽穗期，與野生型相比，mal突變體劍葉和倒二葉各光合色素含量無明顯差異，倒三葉各光合色素含量極顯著

4、降低。此外，與野生型相比，mal突變體倒二葉邊緣、倒三葉邊緣各光合色素含量均極顯著降低，而倒二葉中部、倒三葉中部無顯著差異。
　　3光合特性和熒光動力學(xué)參數(shù)的測定
　　與野生型相比，突變體mal的初始熒光(Fo)、表觀光合電子傳遞速率(ETR)沒有差異，光適應(yīng)下的最大量子產(chǎn)額Fv'/Fm'、非光化學(xué)猝滅效率(qN)均極顯著高于野生型，表明突變體PSⅡ反應(yīng)中心光能轉(zhuǎn)換效率和原初光能捕獲效率較高，但是其天線色素吸收的光能大部分以

5、熱形式散失導(dǎo)致其光能利用率較低。
　　光合特性比較表明，突變體mal的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)極顯著低于野生型，而細胞間CO2濃度(Ci)極顯著高于野生型，蒸騰速率（Tr)與野生型無差異。光合色素是植物進行光合作用的必要條件，mal光合色素均極顯著降低可能導(dǎo)致凈光合速率降低，引起光合作用原料CO2和H2O積累，從而最終導(dǎo)致細胞間CO2濃度升高。
　　4細胞結(jié)構(gòu)分析
　　采用透射電鏡分別對分蘗期的野生型和突變

6、體的葉片葉肉細胞進行觀察分析，結(jié)果表明野生型和mal突變體葉片綠色部分葉肉細胞發(fā)育完全，細胞器均勻分布，葉綠體規(guī)則地貼壁分布，完整的被膜包裹，基質(zhì)濃厚，基質(zhì)片層有序排列。而mal突變體葉片白色部分的葉肉細胞發(fā)育嚴(yán)重不良，葉肉細胞內(nèi)大部分中空，無明顯完整的細胞器，葉綠體內(nèi)部基本完全降解。
　　5 mal的遺傳分析
　　用表型正常的不育系西農(nóng)1A與mal雜交，F(xiàn)1表型正常，說明該突變體受隱性基因控制。F2代群體中出現(xiàn)明顯的分離，

7、分別表現(xiàn)雙親性狀，其中正常單株4102株，mal突變單株1325株。經(jīng)卡方測驗，正常株∶突變株符合3∶1分離比(x2=0.69＜x20.05=3.84)，表明mal突變體受隱性單基因控制。
　　6 MAL基因的精細定位
　　選用400對均勻分布于12條染色體上的SSR標(biāo)記對親本西農(nóng)1A和mal進行多態(tài)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)位于第8染色體的SSR標(biāo)記RM1376、RM310、RM6429和RM7027與mal突變位點表現(xiàn)連鎖，因此將

8、MAL基因定位在標(biāo)記RM310與RM6429之間。在兩標(biāo)記間進一步設(shè)計了4對SSR引物和30對InDel引物，其中M22和ID27在兩親本間表現(xiàn)出多態(tài)性，最終將MAL定位在SSR標(biāo)記M22和InDel標(biāo)記ID27之間，遺傳距離分別為0.22 cM和0.73 cM，物理距離為171kb。根據(jù)gramene網(wǎng)站提供的基因注釋信息(http:www.gramene.org/ Oryza_sativa/Location)，在定位的171kb區(qū)域