水稻黃化突變體xnt7的生理特性和基因精細定位.pdf

1、植物利用光合作用將太陽能轉化為可利用的能源并產生氧氣和有機物。葉片是植物光合作用的主要器官，水稻產量的95％來自葉片的光合作用，所以葉片發(fā)育的正常與否將嚴重影響水稻產量的高低。葉綠體是植物進行光合作用的場所，與碳同化密切相關，其形態(tài)、結構以及數目的變化都會影響光合作用。葉綠素含量的變化也會直接影響光合速率。葉綠體的發(fā)育和葉綠素的形成是受核基因和葉綠體自身基因共同控制的，某些基因的突變將導致葉綠體發(fā)育缺陷、葉綠素合成受損和光合功能受阻等進

2、而形成典型的葉色突變。水稻葉色突變體是研究光合系統(tǒng)結構和功能、葉綠素生物合成及葉綠體發(fā)育的理想材料。本試驗所發(fā)現的突變體xnt7是從粳稻中花11的組培后代中分離出來的，由于突變株葉綠體發(fā)育不正常，不能進行光合自養(yǎng)，所以在3葉期突變株死亡。本研究以野生型中花11為對照，對突變體xnt7進行了形態(tài)學鑒定、遺傳分析、光合色素測定以及葉綠體的電鏡觀察，并通過初步定位、精細定位、候選基因預測對目的基因XNT7進行了定位及分析。主要研究結果如下:<

3、br>　　1.xnt7突變體的表型鑒定
　　與野生型中花11相比，該突變體鞘葉表現為綠色，而其余部位從發(fā)芽后至3葉期一直表現黃化，3葉后（一個月左右）逐漸死亡。
　　2.xnt7葉綠體超微結構分析
　　與野生型相比，黃化突變體nt7鞘葉細胞的葉綠體內部結構異常，沒有明顯基質和基粒類囊體分化;而且每個葉綠體都出現幾個很長的，具有基粒厚度的片層結構，沒有基質片層結構。黃化突變體葉片其他部位的葉綠體形態(tài)不規(guī)則，數目較少，其內

4、的基粒數目很少，葉綠體片層結構分布十分凌亂，雖然存在少量的基粒類囊體，但由于沒有基質類囊體而使基粒類囊體彼此相互孤立，不能形成完整的光合膜系統(tǒng)。
　　3.xnt7的光合色素及光合特性分析
　　黃化突變體鞘葉中的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量和類胡蘿卜素含量雖然低于正常的野生型鞘葉的濃度，但是遠遠高于突變體其它部位的濃度，這也說明了xnt7的鞘葉與其葉片其他部位在失綠程度上差異大，并且能夠保持一定綠色的原因。
　　黃化

5、突變體xnt7其它葉片組織中葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量和類胡蘿卜素含量均比野生型中花11顯著降低，由于總葉綠素含量下降幅度大于類胡蘿卜素的，所以xnt7葉片失綠并顯現出黃色。
　　黃化突變體nt7凈光合速率為負值。說明突變體只進行呼吸作用而沒有進行光合作用，植株不能自養(yǎng)而死亡。
　　4.XNT7基因的遺傳分析
　　以縉恢1號與突變體xnt7構建F1群體，F1植株葉片表現正常，單株收獲F2代種子，根據后代葉色是否分

6、離，選留葉色分離的種子混合形成遺傳分析和基因定位的F2代群體。
　　數據統(tǒng)計結果顯示F2群體中出現性狀分離，且正常單株(338株)∶黃化突變株（126株）符合3∶1的分離比例(x2=1.14＜ x20.05=3.84)，說明突變性狀受1對隱性核基因控制。
　　5.XNT7基因的精細定位及候選基因的確定
　　通過精細定位將NT7基因定位于第6染色體R3634-10與R4329-4兩個標記之間50Kb的區(qū)域內，這一區(qū)域內沒

7、有黃化相關基因的報道，說明XNT7是一個新的黃化基因。定位區(qū)間內包含8個基因，結合Rice eFP Browser網站對這些基因表達的預測，對在葉片中強烈表達的3個基因的全長基因組測序，結果發(fā)現LOC_Os06g49670基因在突變體中發(fā)生1個堿基G的缺失，突變位于基因的第一外顯子，其他基因未發(fā)生突變。LOC_Os06g49670編碼一個三角五肽(pentatricopeptide repeat，PPR)蛋白，含有以35個簡并氨基酸為重