【摘要】：【目的】葉片是水稻進(jìn)行光合作用的主要場(chǎng)所,葉片顏色的變化與水稻的生長(zhǎng)發(fā)育直接相關(guān)。發(fā)掘水稻葉色突變體,是水稻功能基因組學(xué)研究的重要遺傳基礎(chǔ)。【方法】利用EMS誘變?nèi)毡厩绔@得一個(gè)能穩(wěn)定遺傳的淡綠葉突變體,暫命名為pgl11(pale green leaf 11)。在不同生育期測(cè)定野生型與突變體的葉綠素含量。在苗期,取野生型與突變體葉片進(jìn)行葉綠體結(jié)構(gòu)的透射電鏡觀察。在分蘗期,測(cè)定野生型與突變體的光合參數(shù)并觀察氣孔結(jié)構(gòu)。在成熟期,測(cè)定野生型和pgl11的主要農(nóng)藝性狀。以pgl11為母本,南京6號(hào)為父本構(gòu)建相應(yīng)的F2群體,采用圖位克隆的方法,對(duì)該基因進(jìn)行定位�！窘Y(jié)果】從苗期開(kāi)始,突變體pgl11的每一片新葉均表現(xiàn)為淡綠色,葉綠素含量顯著降低,葉綠體發(fā)育異常。隨著葉片的生長(zhǎng),葉色由淡綠逐漸轉(zhuǎn)綠,至抽穗期時(shí)葉綠素含量亦無(wú)明顯差異。pgl11還表現(xiàn)光合速率、氣孔導(dǎo)度明顯下降,胞間CO_2濃度上升。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),突變體pgl11的氣孔發(fā)育異常。與野生型相比,突變體的農(nóng)藝性狀如株高、劍葉寬、二次枝梗數(shù)、每穗粒數(shù)、粒長(zhǎng)、粒寬、千粒重以及結(jié)實(shí)率等均顯著降低。對(duì)葉綠素合成、光合作用以及質(zhì)體發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)量測(cè)定表明,突變體pgl11中參與葉綠體轉(zhuǎn)錄和翻譯相關(guān)基因的表達(dá)量顯著升高,而葉綠素合成和光合作用相關(guān)基因的表達(dá)量顯著下降。遺傳分析表明,該突變表型受一對(duì)隱性核基因控制。通過(guò)圖位克隆的方法將該基因定位于第1染色體上的C6和C8標(biāo)記之間,物理距離約為110 kb�！窘Y(jié)論】該定位區(qū)間內(nèi)未見(jiàn)有葉色相關(guān)基因報(bào)道,推測(cè)PGL11基因可能是一個(gè)新的水稻葉色基因。
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492中國(guó)水稻科學(xué)(ChinJRiceSci)第31卷第5期(2017年9月)2結(jié)果與分析2.1突變體pgl11表型及農(nóng)藝性狀分析在自然生長(zhǎng)條件下，突變體pgl11從出芽開(kāi)始葉片即表現(xiàn)淡綠(圖1-A)，隨著葉片的發(fā)育，新葉從葉尖到葉基部逐漸變綠(圖1-B)，到抽穗期葉片顏色完全恢復(fù)綠色(圖1-C)。調(diào)查結(jié)果顯示，突變體的抽穗期較野生型推遲一周，其農(nóng)藝性狀除分蘗數(shù)、劍葉長(zhǎng)、穗長(zhǎng)及一次枝梗數(shù)未發(fā)生明顯變化外，株高、劍葉寬、二次枝梗數(shù)、每穗粒數(shù)、粒寬、千粒重以及結(jié)實(shí)率等性狀均存在極顯著差異(表2)。2.2突變體pgl11葉綠素含量的變化由于突變體pgl11葉片顏色在發(fā)育過(guò)程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)綠現(xiàn)象，因此，我們對(duì)野生型和突變體pgl11苗期、分蘗期和抽穗期葉片的葉綠素含量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明，在苗期突變體葉綠素含量顯著下降；到分蘗期，二者差異減��；抽穗期時(shí)，野生型與突變體的葉綠素含量則無(wú)明顯差異。其中，突變體pgl11苗期的葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量分別較野生型下降了77.25%、80.06%和51.88%(圖2-A)。在分蘗期，突變體pgl11的葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量則分別降低了22.2%、28.7%和12.5%(圖2-B)。而到了抽穗期，野生型與突變體pgl11的光合色素含量差異不顯著(圖2-C)。2.3突變體pgl11的光合參數(shù)分析為了分析突變體pgl11光合作用是否受到影響，，A,B,C分別為苗期(bar=2.5cm)、分蘗期和抽穗期野生型與突變體(bar=10cm)。A,B,C,PhenotypeofWTandpgl11mutantattheseedlingstage(bar=2.5cm),thetilleringstageandtheheadingstage(bar=10cm),respectively.圖1野生型和突變體pgl11在不同生育期的表型Fig.1.Phenotypesofthewildtype(WT)andthepgl11mutantatvariousgrowthstage.表2野生型WT和突變體pgl11的基本農(nóng)藝性狀(平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差,n=3)Table2．Agro

L11的鑒定與精細(xì)定位493我們對(duì)分蘗期野生型和突變體pgl11劍葉的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速度等4個(gè)光合指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明，突變體除了胞間CO2濃度有所增加外，其余3個(gè)參數(shù)均出現(xiàn)顯著下降。其中，突變體pgl11劍葉凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度分別下降了約32.3%、34.3%和21.9%，差異均達(dá)極顯著水平，而胞間CO2濃度上升了16.84%(表3)。掃描電鏡觀察野生型和突變體pgl11葉片氣孔結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，突變體pgl11的氣孔收縮并呈帶狀下陷，且下陷的氣孔口周圍沒(méi)有硅質(zhì)化乳突，部分氣孔發(fā)育不完全(圖3)。說(shuō)明PGL11突變后導(dǎo)氣孔發(fā)育異常，光合作用受到明顯影響，主要體現(xiàn)在胞間CO2濃度顯著提高，而凈光合速率和氣孔導(dǎo)度顯著降低。2.4葉綠體結(jié)構(gòu)的顯微觀察為了進(jìn)一步確定突變體pgl11葉綠體發(fā)育是否異常，我們分別對(duì)野生型與突變體pgl11的4葉期葉片進(jìn)行透射電鏡觀察。結(jié)果表明，野生型葉肉細(xì)胞中葉綠體數(shù)目較多且體積較大，基質(zhì)較濃厚，基粒片層垛疊正常，具有正常的片層結(jié)構(gòu)(圖4-A,B)，而突變體pgl11中葉肉細(xì)胞中的葉綠體數(shù)目明顯減少且體積減小，沒(méi)有正常的基粒垛疊及成形的淀粉粒堆積，甚至有的細(xì)胞中沒(méi)有葉綠體結(jié)構(gòu)(圖4-C,D)。該結(jié)果表明PGL11基因突變影響了水稻葉肉細(xì)胞中葉綠體結(jié)構(gòu)的正常發(fā)育。2.5PGL11的遺傳分析和基因定位為了進(jìn)一步明確突變體pgl11的遺傳特性，將突變體pgl11分別與秈稻品種培矮64和南京6號(hào)進(jìn)行雜交。結(jié)果表明，突變體pgl11與培矮64的F1為正常表型，F(xiàn)2分離出的正常表型和淡綠葉表型植株分別為413株和141株，經(jīng)卡方檢驗(yàn)符合3∶Chla－葉綠素a;Chlb－葉綠素b;Car－類胡蘿卜素。*,**分別表示野生型與突變體在0.05和0.01水平下差異顯著(t檢驗(yàn))。下同。A,BandCrefertotheseedli
【作者單位】： 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;江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所;
【基金】：中央級(jí)公益性科研院所專項(xiàng) 中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程資助項(xiàng)目 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31661143006,91435105)
【分類號(hào)】：S511


本文編號(hào)：2548284