【摘要】：葉色突變是植物界中廣泛存在的一種變異現(xiàn)象。利用不同方法已在多種植物中創(chuàng)制并鑒定出葉色突變體,尤以黃化突變最多,在突變表型特征、生理機制、遺傳特性及突變基因定位克隆等方面都有研究。多數(shù)黃化突變體表現(xiàn)為光合色素含量降低、光合速率下降,導(dǎo)致減產(chǎn)甚至植株死亡。大白菜(Brassica campestris ssp.pekinensis)原產(chǎn)于中國,屬十字花科蕓薹屬,為二年生草本植物,是我國廣泛栽培的一種蔬菜作物。自2011年大白菜基因組測序結(jié)果發(fā)布以來,大白菜的基因組研究進入了功能基因組時代,通過人工誘變創(chuàng)制突變體來分析闡明基因的功能,是功能基因組的重要研究方法。本研究采用~(60)Co-γ射線誘變花蕾并結(jié)合游離小孢子培養(yǎng)方法,獲得了一份穩(wěn)定遺傳的大白菜黃化突變體pem1(plant etiolation mutant 1)。在對突變體pem1生理及遺傳特性分析的基礎(chǔ)上,開展了突變基因精細定位及候選基因功能研究,主要研究結(jié)果如下。1.大白菜黃化突變體pem1的形態(tài)特征、光合特性及葉綠體超微結(jié)構(gòu)黃化突變體pem1全生育期植株黃化,葉球變小。與野生型‘FT’相比,突變體pem1葉片中的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量均顯著降低,光合速率下降,葉綠素的熒光動力學參數(shù)顯著降低,表明突變體pem1中光合色素含量下降影響了植株光合作用。突變體pem1的葉綠體退化,類囊體垛疊較為稀疏,葉綠體形狀不規(guī)則并且有明顯的大淀粉粒出現(xiàn)。2.大白菜黃化突變基因Brpem1的精細定位黃化突變體pem1遺傳分析結(jié)果表明,突變性狀由一對隱性核基因控制。通過SSR分析,將黃化突變基因Brpem1定位于A03號染色體的SSRlx-49和SSRlx-69兩個標記之間,與突變基因的遺傳距離分別為0.32 cM和0.17 cM。對比大白菜基因組序列信息,定位區(qū)間的物理距離為25.88 kb,內(nèi)含7個基因。通過對定位區(qū)間內(nèi)全部7個基因的克隆測序,發(fā)現(xiàn)與野生型‘FT’相比,只有Bra024218基因的啟動子區(qū)域有一段30bp的缺失。Bra024218的擬南芥同源基因AT4G28210的注釋功能為胚胎缺陷(EMBRYO DEFECTIVE 1923,EMB1923),且影響葉綠體發(fā)育,遂預(yù)測Bra024218為黃化突變基因Brpem1的候選基因。3.大白菜黃化突變候選基因Bra024218的表達模式分析突變基因序列變異特征分析結(jié)果表明,與野生型‘FT’相比,在黃化突變體pem1中Bra024218基因啟動子區(qū)域30bp的缺失區(qū)段上,有一個啟動子核心元件CAAT框,缺失區(qū)域可能是啟動子的一個核心區(qū)域。qRT-PCR分析結(jié)果表明,候選基因Bra024218在根、莖、葉、花蕾、花和莢果中均有表達,在突變體中的表達量明顯減弱。候選基因Bra024218在各發(fā)育時期葉片中的表達量也都顯著減弱。GUS分析表明,候選基因Bra024218在所有組織中也都有表達,但在突變體中的表達較弱。突變體中的GUS酶活性也顯著下降。亞細胞定位結(jié)果表明,候選基因只在葉綠體中表達。4.大白菜黃化突變體pem1葉綠素缺失原因黃化突變體pem1與其野生型‘FT’轉(zhuǎn)錄組測序分析結(jié)果表明,在檢測出的大量顯著性差異表達的基因中,有333個基因與葉色突變是相關(guān)的。在突變體pem1的光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ中,18個基因顯著下調(diào)表達。對葉綠素生物合成途徑中間產(chǎn)物含量及相關(guān)基因表達模式進行比較分析,發(fā)現(xiàn)葉綠素合成中間產(chǎn)物含量下降,一些關(guān)鍵產(chǎn)物含量顯著降低。編碼葉綠素合成關(guān)鍵酶基因的表達量顯著下降。在差異表達基因中,編碼FtsHi蛋白的基因顯著上調(diào)表達,其可能影響到突變體pem1葉綠體的發(fā)育。編碼葉綠素a-b結(jié)合蛋白基因的表達量顯著下調(diào)表達,可能影響到突變體pem1的捕光能力。
【圖文】：

的生物合成也顯著上調(diào)，通過抑制能量的過度激發(fā)，保護黃化質(zhì)體免受光氧化損傷（Rodriguez-Villalon et al., 2009）。圖1-1 葉綠素生物合成途徑示意圖（張琨，2017）Fig. 1-1 Diagram of chlorophyll biosynthesis pathway （Zhang, 2017）

在許多物種中已發(fā)現(xiàn)了血紅素代謝紊亂導(dǎo)致葉色突變（Xie et al., 2012; Shi et al., 2013;Li et al., 2014）。圖1-2 四吡咯生物合成示意圖（Terry and Kendrick, 1999）Fig. 1-2 Diagram of tetrapyrrole biosynthesis (Terry and Kendrick, 1999)1.1.7.3 編碼葉綠體蛋白的基因突變
【學位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S634.1

【相似文獻】

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1 李想;大白菜黃化突變基因Brpem1精細定位及表達特性分析[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學;2019年

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本文編號：2608090