發(fā)布時間：2020-10-20 02:59

　　 葉片是水稻進(jìn)行光合作用的主要場所,其顏色變化與光合效率以及光合產(chǎn)物積累量息息相關(guān)。黃綠葉突變是水稻功能基因組學(xué)研究的一類重要來源,對揭示水稻葉綠素生物合成等相關(guān)機(jī)制研究具有重要意義。因此,鑒定更多地葉色突變體,并開展系統(tǒng)的表型鑒定及基因定位,有利于發(fā)掘更多水稻葉色調(diào)控基因。我們利用EMS誘變的秈型保持系西農(nóng)1B,獲得一個水稻全生育期呈現(xiàn)黃綠葉的突變體,暫命名為yellow green leaf 14(ygl14)。本研究以該突變體為材料,系統(tǒng)開展表型及理化鑒定、目標(biāo)性狀的精細(xì)定位,以及相關(guān)途徑目標(biāo)基因的表達(dá)量分析等研究,以揭示ygl14的表型及遺傳特性,為目標(biāo)基因的分離及其功能研究奠定基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:1.突變體表型鑒定及主要農(nóng)藝性狀特征ygl14突變體植株葉片在整個生育期呈黃綠色。與野生型(西農(nóng)1B,WT)相比,其株高、穗長、倒一及倒二葉長、結(jié)實率均增加,差異達(dá)極顯著水平(P0.01);一次枝梗數(shù)、每穗實粒數(shù)顯著增加(P0.05);而有效穗數(shù)、千粒重等則無顯著變化。2.ygl14的光合特性在苗期、分蘗期和抽穗期,分別測定WT和ygl14突變體葉片的葉綠素含量。結(jié)果表明,ygl14突變體葉片在各時期的葉綠素a(chla)、葉綠素b(chlb)、總?cè)~綠素(chlT)和類胡蘿卜素(car)含量較WT均極顯著降低(P0.01),且分別降低31.9%-40.0%、36.0%-52.2%、34.3%-42.2%、27.6%-38.7%。與WT相比,灌漿期突變體ygl14的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均極顯著降低(P0.01),而胞間二氧化碳濃度則極顯著增加(P0.01)。表明ygl14突變體葉綠素含量降低,光合能力受到影響。3.ygl14的細(xì)胞學(xué)檢測冷凍切片結(jié)果顯示,ygl14突變體葉片中葉綠體的數(shù)量較WT減少,且部分葉綠體結(jié)構(gòu)被破壞。透射電鏡表明,WT葉肉細(xì)胞中的葉綠體數(shù)量較多且體積較大,基質(zhì)濃厚,基粒片層垛疊正常,具有正常的片層結(jié)構(gòu)。而在ygl14突變體中,葉綠體數(shù)目明顯減少且體積變小,部分葉綠體無正常的基粒垛疊,且所有的葉綠體中均有過多成形的淀粉粒堆積。表明YGL14突變致使其部分葉肉細(xì)胞的葉綠體異常發(fā)育。4.ygl14的遺傳分析用表型正常的秈稻恢復(fù)系縉恢10號與ygl14雜交,F_1代植株表現(xiàn)為綠色,F_2代群體中植株出現(xiàn)分離,表現(xiàn)為雙親性狀。F_2代群體中正常單株有3975株,黃綠葉表型的單株有1350株。經(jīng)卡方檢測表明正常株與突變株符合3:1的理論分離比(χ~2=0.35χ~2_(0.05,1)=3.84),表明ygl14突變性狀是受一對隱性核基因控制。5.YGL14的精細(xì)定位選用400對均勻分布于水稻全基因組的SSR引物對縉恢10號和ygl14進(jìn)行多態(tài)性篩選和分析連鎖,初步將控制突變體目標(biāo)表型的YGL14基因定位在第5染色體ZTQ48和RM3664之間,遺傳距離分別為23.86cM和21.59cM。進(jìn)一步在這兩個標(biāo)記之間開發(fā)新的SSR標(biāo)記和InDel標(biāo)記,將YGL14精細(xì)定位在T9和T10之間,物理距離為70.7 kb。該區(qū)間共有15個開放閱讀框,其中7個編碼假定蛋白,7個編碼表達(dá)蛋白,最后1個編碼產(chǎn)物為生長素轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控蛋白的基因OsCOLE1。6.相關(guān)基因的表達(dá)量分析實時熒光定量檢測水稻光合相關(guān)途徑20個基因在WT與ygl14中的表達(dá)量。結(jié)果顯示,在ygl14突變體中,葉綠素合成途徑相關(guān)酶基因CHLD、CHLI、CHLM、HEMA1、DVR、PORA均不同程度下調(diào);葉綠體發(fā)育及光合作用相關(guān)基因中,psaB、psbD、petA和ndhB轉(zhuǎn)錄水平表達(dá)大幅上調(diào),而psaD、psbA、petB、petC、petD則下降;而Rubisco大小亞基編碼基因rbcL、RbcS表達(dá)下降最為明顯。表明YGL14基因突變可能會影響水稻葉綠素代謝和部分光合作用相關(guān)基因的表達(dá)。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S511
【部分圖文】：

第 4 章 結(jié)果與分析第 4 章 結(jié)果與分析4.1 ygl14 突變體的表型特征以及主要農(nóng)藝性狀田間觀察表明，與野生型西農(nóng) 1B 相比，ygl14 突變體典型特征是全生育期其葉色變淡, 呈黃綠色（圖 4-1A-C）。成熟期對野生型和 ygl14 突變體進(jìn)行農(nóng)藝性狀考察，結(jié)果表明，ygl14 突變體劍葉與倒二葉長較野生型增加 50.29%、26.09%，差異達(dá)極顯著水平（P<0.01）；倒三葉長和 3 功能葉的葉寬無變化（圖 4-1D-E）。此外，與野生型相比，ygl14 突變體的株高、穗長、結(jié)實率均極顯著增加（P<0.01），一次枝梗數(shù)、每穗實粒數(shù)顯著增加（P<0.05）；而有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、二次枝梗數(shù)等則無顯著變化（表 4-1）。

綠素含量和類胡蘿卜素含量較野生型均極顯著降低（P<0.01）（圖4-2）。其中，葉綠素 a 降低 31.9%-40.0%，葉綠素 b 降低 36.0%-52.2%，總?cè)~綠素含量降低 34.3%-42.2%，類胡蘿卜素含量降低 27.6%-38.7%。表明 ygl14 突變體黃綠表型葉是由其葉片光合色素含量降低引起。農(nóng)藝性狀 Agronomic trait 野生型 Wild type 突變體 Mutant株高 Plant height(cm) 86.1±3.1 91.1±3.0**穗長 Spikelet length (cm) 23.2±1.2 27.6±0.8**分蘗數(shù) Tillering number 11.0±2.2 15.2±2.7有效穗數(shù) Effective panicle 10.0±2.2 13.2±2.1每穗粒數(shù) Grain number per panicle 146.8±31.8 157.1±23.5每穗實粒數(shù) Filled grain number per panicle 121.2±27.5 141.6±20.1*結(jié)實率 Seed setting rate (%) 82.8±8.6 90.3±4.3**千粒重 1000-grain weight (g) 22.8±1.0 22.9±0.9一次枝梗數(shù) No. of primary rachis branches 10.

圖 4-3 抽穗期野生型（WT）和突變體 ygl14 的光合特性Fig.4-3. Photosynthesis efficiency of flag leaves between ygl14 and WT at heating stageA:抽穗期的光合速率 B: 抽穗期氣孔導(dǎo)度 C: 抽穗期胞間 CO2濃度 D: 抽穗期蒸騰速率*:在0.05 水平上差異顯著;**:在 0.01 水平上差異顯著A Photosynthetic rate; B Stomatal conductance; C: Intercellular CO2concentration; D Transpirationrate. Double asterisk (**) indicates significantly different at P < 0.014.4 細(xì)胞學(xué)觀察為進(jìn)一步探明 ygl14 突變體的葉色變異是否因其葉綠體結(jié)構(gòu)被破壞所引起，采用冷凍切片技術(shù)，觀察野生型和 ygl14 突變體同一部位葉片的葉肉細(xì)胞結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，在白光條件下，野生型植株的葉綠體排列緊湊、呈深綠色；而 ygl14 突變體植株則相反，排列疏松、呈黃綠色（圖 4-4-A,C），表明突變體中葉綠體數(shù)量較野生型少。進(jìn)一步在 488 nm 紫外條件下觀察，發(fā)現(xiàn)野生型葉肉細(xì)胞呈現(xiàn)出飽和的紅色（圖 4-4-B, D）；而在 ygl14 突變體中，部分區(qū)域呈現(xiàn)紅色且相對不飽和，部分區(qū)域則完全呈黑色。表明 ygl14 突變體的葉肉細(xì)胞中部分葉綠體結(jié)構(gòu)已破壞，因此
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2848109