水稻黄化突变体xnt7的生理特性和基因精细定位

【摘要】植物利用光合作用将太阳能转化为可利用的能源并产生氧气和有机物。叶片是植物光合作用的主要器官,水稻产量的95%来自叶片的光合作用,所以叶片发育的正常与否将严重影响水稻产量的高低。叶绿体是植物进行光合作用的场所,与碳同化密切相关,其形态、结构以及数目的变化都会影响光合作用。叶绿素含量的变化也会直接影响光合速率。叶绿体的发育和叶绿素的形成是受核基因和叶绿体自身基因共同控制的,某些基因的突变将导致叶绿体发育缺陷、叶绿素合成受损和光合功能受阻等进而形成典型的叶色突变。水稻叶色突变体是研究光合系统结构和功能、叶绿素生物合成及叶绿体发育的理想材料。本试验所发现的突变体xnt7是从粳稻中花11的组培后代中分离出来的,由于突变株叶绿体发育不正常,不能进行光合自养,所以在3叶期突变株死亡。本研究以野生型中花11为对照,对突变体xnt7进行了形态学鉴定、遗传分析、光合色素测定以及叶绿体的电镜观察,并通过初步定位、精细定位、候选基因预测对目的基因XNT7进行了定位及分析。主要研究结果如下：1.xnt7突变体的表型鉴定与野生型中花11相比,该突变体鞘叶表现为绿色,而其余部位从发芽后至3叶期一直表现黄化,3叶后(一个月左右)逐渐死亡。2.xnt7叶绿体超微结构分析与野生型相比,黄化突变体xnt7鞘叶细胞的叶绿体内部结构异常,没有明显基质和基粒类囊体分化；而且每个叶绿体都出现几个很长的,具有基粒厚度的片层结构,没有基质片层结构。黄化突变体叶片其他部位的叶绿体形态不规则,数目较少,其内的基粒数目很少,叶绿体片层结构分布十分凌乱,虽然存在少量的基粒类囊体,但由于没有基质类囊体而使基粒类囊体彼此相互孤立,不能形成完整的光合膜系统。3.xnt7的光合色素及光合特性分析黄化突变体鞘叶中的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量虽然低于正常的野生型鞘叶的浓度,但是远远高于突变体其它部位的浓度,这也说明了xnt7的鞘叶与其叶片其他部位在失绿程度上差异大,并且能够保持一定绿色的原因。黄化突变体xnt7其它叶片组织中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量均比野生型中花11显著降低,由于总叶绿素含量下降幅度大于类胡萝卜素的,所以xnt7叶片失绿并显现出黄色。黄化突变体xnt7净光合速率为负值。说明突变体只进行呼吸作用而没有进行光合作用,植株不能自养而死亡。4.XNT7基因的遗传分析以缙恢1号与突变体xnt7构建F1群体,F1植株叶片表现正常,单株收获F2代种子,根据后代叶色是否分离,选留叶色分离的种子混合形成遗传分析和基因定位的F2代群体。数据统计结果显示F2群体中出现性状分离,且正常单株(338株)：黄化突变株(126株)符合3：1的分离比例(χ2=1.14<χ2005=3.84),说明突变性状受1对隐性核基因控制。5.XNT7基因的精细定位及候选基因的确定通过精细定位将XNT7基因定位于第6染色体R3634-10与R4329-4两个标记之间50Kb的区域内,这一区域内没有黄化相关基因的报道,说明XNT7是一个新的黄化基因。定位区间内包含8个基因,结合RiceeFPBrowser网站对这些基因表达的预测,对在叶片中强烈表达的3个基因的全长基因组测序,结果发现LOC_Os06g49670基因在突变体中发生1个碱基G的缺失,突变位于基因的第一外显子,其他基因未发生突变。LOC_Os06g49670编码一个三角五肽(pentatricopeptiderepeat,PPR)蛋白,含有以35个简并氨基酸为重复单位串联排列组成的蛋白质。近年来的研究表明,PPR基因在植物中大量存在,水稻基因组中有650个PPR基因。已有的研究表明,许多植物的幼苗失绿突变体与PPR蛋白有关。综合上述结果,我们将该基因确定为XNT7的候选基因。
【作者】葛生珍；
【导师】王三根；
【作者基本信息】西南大学，植物学，2014，硕士
【关键词】水稻(OryzasativaL)；黄化突变体；叶绿体；精细定位；PPR蛋白；

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