水稻窄卷叶突变体nrl7的鉴定与基因定位

叶片的形态是理想株型的重要性状, 叶片适度卷曲能提高水稻(Oryza sativa)群体的光能利用率, 研究控制水稻叶片形态的相关基因能够进一步丰富株型理论。该研究在粳稻品系C275的群体中发现了1株自然变异的窄卷叶突变体nrl7(narrow rolled leaf 7)。与野生型相比, 突变体的叶片变窄且向内卷曲; 该突变体叶片连接中脉的泡状细胞严重变形, 中脉与小叶脉之间的维管束数量均减少至1个。此外, 突变体nrl7的株高、实粒数和实粒重均降低或减少, 分别为野生型的88.46%、69.77%和68.98%, 差异达极显著水平。叶片卷曲导致单叶光合速率减弱, 与野生型相比, 突变体的光合速率降低了17%, 达极显著水平。突变体nrI7叶片的气孔导度、胞间CO₂浓度和蒸腾速率则与野生型相比无明显变化。利用图位克隆的方法将目的基因定位于水稻第3染色体短臂上的分子标记RM5444和MM1300之间, 物理距离约为185.14 kb。研究结果为该基因的克隆和进一步的功能分析奠定了基础。     

水稻早衰突变体LS-es1的基因定位及候选基因分析

衰老是植物发育末期自主发生且不可逆的适应性反应, 叶片早衰相关分子机制研究对水稻(Oryza sativa)遗传改良以及抗衰老品种培育有重要意义。LS-es1是通过EMS诱变粳稻品种TP309获得的稳定遗传的早衰突变体。对LS-es1及其野生型的表型观察和生理生化分析表明, LS-es1叶片中积累了大量活性氧且细胞死亡更多, 同时LS-es1与产量相关的农艺性状均显著下降, 这也验证了LS-es1早衰的特征。对LS-es1及其野生型幼苗进行外源激素处理, 结果表明LS-es1对水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸甲酯(MeJA)更敏感。用图位克隆方法将LS-es1基因定位在水稻第7号染色体长臂46.2 kb区间内, 该区间共包括8个开放阅读框(ORF)。对该区间内的基因进行生物信息学分析, 结果发现Os07g0275300和Os07g0276000两个候选功能基因与早衰途径相关, 并且这2个基因的表达量在野生型和突变体中差异较大。研究结果为进一步克隆LS-es1基因并深入研究其生物学功能奠定了基础。     

水稻早衰突变体LS-es1的基因定位及候选基因分析

衰老是植物发育末期自主发生且不可逆的适应性反应, 叶片早衰相关分子机制研究对水稻(Oryza sativa)遗传改良以及抗衰老品种培育有重要意义。LS-es1是通过EMS诱变粳稻品种TP309获得的稳定遗传的早衰突变体。对LS-es1及其野生型的表型观察和生理生化分析表明, LS-es1叶片中积累了大量活性氧且细胞死亡更多, 同时LS-es1与产量相关的农艺性状均显著下降, 这也验证了LS-es1早衰的特征。对LS-es1及其野生型幼苗进行外源激素处理, 结果表明LS-es1对水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸甲酯(MeJA)更敏感。用图位克隆方法将LS-es1基因定位在水稻第7号染色体长臂46.2 kb区间内, 该区间共包括8个开放阅读框(ORF)。对该区间内的基因进行生物信息学分析, 结果发现Os07g0275300和Os07g0276000两个候选功能基因与早衰途径相关, 并且这2个基因的表达量在野生型和突变体中差异较大。研究结果为进一步克隆LS-es1基因并深入研究其生物学功能奠定了基础。     

一个显性卷叶突变体z2的遗传分析与精细定位

叶片的适度卷曲对水稻理想株型育种具有重要意义。在水稻T-DNA插入突变体库中获得一个叶片外卷突变体z2,突变体表型出现在分蘖期;与野生型相比,农艺性状无明显差异,光合作用效率高于野生型。对突变体和野生型的石蜡切片研究表明,突变体叶片泡状细胞数量(8-9个)明显多于野生型(4-5个)。z2卷叶性状遗传稳定,由一对显性核基因控制。以z2纯合突变体为母本,籼稻Dular为父本进行杂交构建F2代定位群体,利用图位克隆的方法,将该基因初定位于水稻第2号染色体的In Del1812与In Del1870标记之间,物理距离为580 kb。     

一个籼稻脆性突变体的生物学特性及基因定位研究

水稻脆性突变体是研究细胞壁组分结构形成机制的重要材料。通过离子束诱变籼稻9311获得1个茎秆、叶片均脆的突变体,命名为bc9311-1。bc9311-1突变体与野生型9311相比,分蘖数减少,结实率显著降低,其他农艺性状无明显差异。叶片和茎秆的细胞壁成分分析表明,与野生型相比,bc9311-1突变体茎秆中的纤维素和木质素含量明显降低,半纤维素和SiO2含量显著增加;叶片中的纤维素含量降低,半纤维素和木质素含量增加,SiO2含量无明显差异。遗传分析表明,该脆性突变体脆性性状受单隐性基因控制。以bc9311-1突变体与02428杂交的F2群体为基因定位群体,利用SSR标记将bc9311-1突变位点定位在水稻第1染色体上,位于SSR分子标记的RM1095和RM3632之间,遗传距离分别为0.6cM和3.4cM,与其中的标记RM1183表现共分离。这些结果为进一步克隆突变基因,揭示脆性性状的分子机制奠定坚实基础。     

水稻幼苗条纹突变体yss1的转录组分析

利用60Co辐射诱变籼稻品种"Ⅱ-32B",筛选得到一个水稻幼苗条纹突变体yss1,该突变体在水稻五叶期前表现出明显的条纹叶表型;色素分析表明yss1叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量明显低于野生型,五叶期后突变体和野生型无显著差异。利用转录组分析水稻三叶期野生型和突变体yss1中的基因表达,表明与野生型相比,yss1中表达差异显著的基因432个,其中274个表达上调,158个表达下调。GO分析显示叶绿素合成途径中多数基因表达上调,类胡萝卜素合成过程中的相关基因受到不同程度地调控。因此,推测YSS1基因通过调节叶绿素和类胡萝卜素合成过程中的基因表达,进而调控光合色素的合成。     

一个大豆理想株型突变体it1的表型和生理鉴定

突变体是基因功能研究和品种改良的重要材料。本研究对一个中品661 EMS诱变的株型突变体(it1)进行了表型和生理鉴定,旨在为该突变体的利用提供参考。结果表明:与野生型相比,突变体株型紧凑,节间缩短,叶片变小呈深绿色且皱缩;突变体高度降低为野生型的2/3,但节间数目与野生型无显著差别,说明it1株高降低是由每个节间长度缩短造成的,与节间数目无关;突变体的分枝数、荚数、粒数、叶柄长度及夹角、百粒重等产量性状均显著或极显著低于野生型。与野生型相比,突变体叶片叶绿素相对含量和木质素的含量显著高于野生型。本研究结果为控制突变相关基因的定位、图位克隆和功能分析以及育种利用提供了优良种质和理论依据。     

一份水稻叶片反卷突变体的遗传分析及电镜显微观察

叶片是植物进行光合作用的重要器官。叶片适度卷曲能够提高水稻(Oryza sativa)生长中后期群体基部的光能利用率, 因而有利于水稻产量的提高。该研究首先在水稻T-DNA插入突变体库中发现一份叶片反卷的突变体。遗传分析表明, 该性状受到1对隐性核基因控制。扫描电镜观察结果显示, 突变体成熟叶片上下表皮的气孔发生了畸变; 且叶片上表皮气孔数目增多, 而下表皮气孔数目与野生型基本相同。叶片横切面电镜观察结果表明, 与野生型相比, 突变体叶片的泡状细胞数目和面积在早期(二叶期)就开始增加, 在成熟期更加明显, 这可能是导致叶片反卷的主要原因。     

水稻黄绿叶突变体ygl-63的特征和基因定位

叶绿体的正常发育对于植物至关重要,突变体研究是探明叶绿体发育过程中基因功能的有效途径。叶色突变体已引起人们广泛的关注,通过对各种植物材料的研究,叶色突变的分子机制已取得一定进展,但远未被阐明,尤其在水稻当中。目前,已报道的水稻叶色突变体,主要表现为黄化、白化、亮绿、条斑条纹、温敏变色、转绿和转紫等。该研究使用甲基磺酸乙酯( EMS)处理粳稻日本晴,获得一份遗传稳定的突变体ygl-63,其整个生育期叶片均表现为黄绿色。通过测定ygl-63和野生型苗期叶片的叶绿素含量发现,ygl-63中叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量与野生型相比分别下降了31.9％、42.2％和34.1％,同时叶绿素a/b值较野生型增加。这表明叶绿素含量的降低是导致ygl-63黄绿叶突变性状的主要原因,并且叶绿素b的降幅大于叶绿素a。在成熟后调查主要农艺性状发现ygl-63单株有效穗数和结实率分别减少8.9％和8.5％;千粒重增加10.4％;而株高,穗长和每穗着粒数和野生型相比差异并不显著。通过测量微量元素发现,ygl-63种子中的铁和锌含量较野生型显著降低,分别减少85.7％和64.8％。将ygl-63与正常绿色品种明恢63杂交获得F1和F2群体,进行遗传分析发现,ygl-63突变性状受1对隐性基因控制,通过基因定位,将该基因定位到水稻第11染色体长臂的分子标记InDel-3和InDel-5之间约2.4 cM范围内。该基因被认为是一个新的水稻叶色突变基因,暂命名为ygl-63( g)。所得结果为今后对ygl-63( g)基因的进一步研究奠定了基础。     

水稻锌指蛋白基因O_sBBX22响应热胁迫的功能分析

利用RNA干涉技术研究水稻锌指蛋白基因O_sBBX22的生物学功能,为探讨O_sBBX22响应热胁迫的机制、培育抗逆水稻、减轻高温对水稻的损害奠定基础。通过观察转基因突变体植株和野生型植株在热胁迫下的表型差异,分析O_sBBX22生物学功能;采用半定量PCR和荧光定量PCR检测O_sBBX22以及相关的热激转录因子(HSF)、热激蛋白(HSP)基因在转基因突变体株系中的表达水平;通过原位组织化学检测过氧化氢在野生型、转基因突变体株系叶片中的定位和积累情况。结果表明,在0~5 h热胁迫条件下,与野生型株系相比,O_sBBX22的表达在转基因突变体植株中明显下调;而野生型O_sBBX22受热信号诱导,随着热激时间的增加,O_sBBX22的表达量呈先上升后下降的趋势,且在热激1 h时表达量最高。相关的HSF和HSP也受热信号诱导,野生型株系中的HSFA2a、HSFA7、HSP16.9和HSP100表达量均比转基因突变体株系高,且在热激1 h时,HSFA2a、HSP16.9和HSP100表达量最高,而HSFA7在热激3 h时表达最高。热胁迫3 h,经DAB染色,转基因突变体株系叶片上出现的红褐色斑点主要集中于叶脉和受损伤部位,且明显多于野生型。锌指蛋白基因O_sBBX22在水稻苗期热胁迫应答中具有重要的作用,野生型株系抗热能力明显高于O_sBBX22抑制表达转基因株系;HSFA2a、HSFA7、HSP16.9和HSP100可能参与了O_sBBX22介导的水稻耐热调控。     

水稻OsLecRK1基因介导的抗褐飞虱功能分析

褐飞虱Nilaparvata lugens St(a)l是对水稻最具破坏性的害虫之一,OsLecRK1是水稻Bph3基因簇中对褐飞虱抗性贡献最大的基因.本文对RHTd(含Bph3)等材料进行了褐飞虱抗性评价,克隆并构建了OsLecRK1过量表达突变体水稻,利用该突变体分析了OsLecRK1基因对褐飞虱若虫存活率、若虫发育历期等生物学参数的影响.结果 表明,含Bph3基因水稻RHTd对褐飞虱的抗性明显地强于含Bph1基因水稻Mudgo和bph2基因水稻ASD7,RHTd水稻的褐飞虱受害指数仅为Mudgo和ASD7水稻的53.5％和24.1％.过量表达OsLecRK1基因能显著地增加水稻对褐飞虱的驱避性和抗生性,褐飞虱雌成虫偏好于在野生型水稻上产卵;突变体水稻上的褐飞虱若虫存活率显著地降低,仅为野生型水稻上若虫存活率的75.2％ ～81.8％,且若虫发育历期显著地延长,羽化率和初羽化雌成虫体重均显著地降低;此外,褐飞虱在突变体水稻上取食分泌的蜜露量只有野生型上的40.3％ ～ 60.9％,褐飞虱单雌产卵量只为野生型51％ ～61.2％,卵孵化率只有野生型的52.2％～56.7％,均显著地减少.结果 表明,含Bph3基因水稻RHTd对褐飞虱的抗性明显地高于分别含Bph1、bph2的水稻Mudgo和ASD7;水稻Bph3基因座的OsLecRK1单个基因过量表达即可显著增加水稻对褐飞虱的抗性,OsLecRK1协同影响褐飞虱的多个生物学参数降低褐飞虱的适合度.     

水稻类病变突变体spl-3t的精细定位与候选基因分析

水稻类病变突变体spl-3t是由粳稻品种云稻经化学诱变剂甲基磺酸乙酯(ethyl methyl sulfonate, EMS)诱变获得.经过连续3代的种植,表型明显,性状稳定一致且未发现分离.该突变体苗期无明显表型,生长4～5周后,叶片开始出现轻微锈褐色坏死斑点;抽穗后病斑逐渐向四周扩散并最终形成中心枯黄、边缘红褐色的不规则斑块;成熟期坏死斑连接成片并覆盖整张叶片.突变体spl-3t与其野生型云稻品种相比,叶片中的胼胝质含量明显积累.还发现, spl-3t对白叶枯菌表现很敏感.同时, spl-3t还具有株高、结实率下降、穗长增加等表型.遗传分析表明, spl-3t的突变性状受单隐性核基因控制.利用图位克隆的方法,将spl-3t基因定位在水稻第3号染色体109 kb区间内,该区间包含15个候选基因,目前暂无类似表型的基因报道.对所有候选基因编码区及启动子区域进行了测序,未发现与野生型有差异的突变位点.通过RNA-seq分析及qRT-PCR验证,发现候选基因热激转录因子(LOC_Os03g06630)在spl-3t与其野生型有极显著差异,该基因是热胁迫防御响应中的中心调节子,在高温响应中发挥重要作用,能够在热处理时出现上调具有保护作用的基因使植株获得较高的基础耐热性.因此推测该基因的表观修饰造成了类病变性状的产生.本研究为类病变形成的分子机制提供了新的素材和依据.     

CRISPR/Cas9介导的水稻OsRhoGAP2基因的敲除

OsRhoGAP2是通过酵母双杂交从水稻幼穗组织分离的一种Rho GTP酶激活蛋白质编码基因,其功能尚不明确。为鉴定该基因的功能,本研究采用CRISPR/Cas9技术构建了OsRhoGAP2基因单靶标敲除载体,并转化日本晴水稻。对转基因水稻的筛选以及编辑靶点扩增和测序结果表明,在T_0代获得3种杂合突变体,在T_1代获得2种纯合突变体,命名为株系1和株系16。2个纯合敲除株系在OsRhoGAP2编辑靶点分别缺失2个和1个碱基,均导致该基因的移码突变并最终造成无义突变。序列分析显示,突变体中预期生成的OsRhoGAP2截短蛋白质丧失了保守的RhoGAP结构域及CRIB基序。抽穗期水稻的叶片扫描电镜观察结果显示,株系1的叶片表皮毛大量缺失;对抽穗期水稻的剑叶进行光合指标测量,发现突变体与野生型在净光合速率与气孔导度上存在显著差异。其中,株系1和株系16的净光合速率分别上升17.79%和7.70%,气孔导度分别上升113.10%和64.50%,提示OsRhoGAP2基因的功能可能涉及这些生物学过程。     

浅绿叶水稻突变体的特性与遗传分析

在簇生稻与粳稻日本晴杂交后代F8世代中发现一个能稳定遗传的浅绿叶色突变体(pgl,pale green leaf)。与野生型相比,突变体pgl株高、剑叶宽、主穗粒数和千粒重均显著下降。从幼苗开始,突变体pgl叶片都表现为浅绿色。在苗期和抽穗期突变体叶片的叶绿素含量都极显著低于野生型,其中叶绿素b的含量极低,仅为0.002~0.003 mg/g,突变体pgl表现为叶绿素b的缺失。在分蘖期与齐穗期,突变体pgl的净光合作用速率与野生型相当。叶绿体超微结构观察表明突变体pgl的叶绿体基质片层和堆叠层数较少。遗传分析发现浅绿叶色表型由一对隐性细胞核基因控制。采用BSA法,通过全基因组SNP芯片分析,浅绿叶色基因pgl被定位于水稻第10染色体上的22806614~23000408区间,与R1022900951CA标记紧密连锁。突变体pgl与另外3个浅绿叶色突变体(W1、Y406和Y45)的等位性检测结果表明浅绿叶色基因pgl与突变体W1的浅绿叶色基因为等位基因。对pgl的候选基因LOC_Os10g41780(叶绿素a加氧酶,chlorophyll a oxygenase)的序列比对发现,在突变体pgl中,LOC_Os10g41780在第2507和3136位碱基处分别发生1个T的缺失和T变成C的替换。分析发现,第3136位碱基位于第9外显子内,其碱基T变C的替换导致其编码的精氨酸变成色氨酸。本研究鉴定的突变体pgl和W1为LOC_Os10g41780的新变异,为阐明浅绿叶色形成的分子机理和光合作用机理的研究提供了特异资源。     

水稻无蜡质叶片突变体wcl1的图位克隆

从水稻T-DNA插入突变体库中筛选获得1份叶片表皮无蜡质的突变体wcl1(Wax Crystal-Sparse Leaf 1),突变体wcl1有如下主要特征:一是突变体叶片角质层蜡质减少,二是突变体的干旱敏感性高于野生型。通过图位克隆技术,克隆了wcl1基因,其编码酮酯酰辅酶A(LOC_OS09g25850),在突变体中LOC_OS09g25850基因的第10个外显子处鸟嘌呤(G)突变为胸腺嘧啶(T)导致转录提前终止,经分析表明突变体wcl1是一个wsl2基因的等位突变体。     

一个水稻内颖退化突变体的形态特征及基因的精确定位

水稻产量和品质受花器官发育的直接影响,因此对水稻颖花发育机理的研究将有助于水稻产量提高和品质的改良。文章利用60Coγ射线辐照亲本8PW33(籼稻背景)获得一个性状能稳定遗传的内颖退化突变体(编号:MU102),并对其农艺性状和花器官进行了观察和分析。结果显示,相对于野生型,该突变体的株高、每穗总粒数及剑叶宽均显著增加,而结实率则显著降低,差异均达显著水平。解剖镜下观察表明,该突变体内颖退化,外颖弯曲呈现镰刀状,其余器官与野生型表型基本一致。扫描电镜观察显示,突变体与野生型叶片维管束的结构组成以及外颖表皮细胞组成、排列均正常,没有明显差异;与野生型相比,突变体内颖表皮细胞排列较为紧密,推测可能是内颖收缩退化导致的。遗传分析显示该突变性状是由隐性单基因控制,并命名为pd2。利用实验室现有的SSR分子标记将PD2基因定位于水稻第9号染色体上,通过进一步扩大群体和开发新的Indel标记,将PD2基因定位在2个Indel标记之间,两者间的物理距离大约是82 kb。在该物理区间内有一个已经克隆的内颖发育基因REP1,经过测序和比对分析,推测REP1与PD2为等位基因。     

水稻花器官突变体apl (abnormal palea and lodicules) 的表型分析与基因初定位

水稻(Oryza sativa)是重要的粮食作物, 其花器官的正常起始及形态建成直接影响水稻的产量。为了深入分析水稻小花发育的调控机理, 从已构建的水稻EMS诱变突变体库中筛选获得了一个花器官异常发育的突变体apl (abnormal palea and lodicules)。与野生型相比, apl突变体小花的内稃膨大, 浆片伸长或转换成稃状结构, 雄蕊数目减少, 表明APL基因可能参与调控水稻内稃、浆片和雄蕊等多轮花器官属性的建成。遗传学分析表明, 该突变体性状受1个隐性单基因控制。通过图位克隆, 将APL基因初步定位于1号染色体上。该工作为深入研究APL基因在水稻花器官形态建成中的作用机制奠定了基础。     

拟南芥神经酰胺酶基因对氧化胁迫的响应

以拟南芥哥伦比亚生态型（Col）和神经酰胺酶突变体为实验材料,通过对突变体的一系列生理生化指标的测定,来研究拟南芥神经酰胺酶基因（AtCER）对H2O2的响应。利用PCR和Northern blot获得了9个AtCER纯合单突变体。不同浓度H2O2处理野生型和突变体后,发现突变体对H2O2的反应比野生型更加敏感。H2O2处理后突变体叶片出现比野生型更严重的黄化现象和坏死斑点,总叶绿素含量也比野生型下降的更快,电导率测定也发现突变体比野生型的电导率增加得更多。抗氧化酶活性的分析结果发现H2O2处理后,突变体的抗氧化酶活性比野生型提高了1．5～3倍。上述研究结果说明AtCER参与了H2O2诱导的氧化胁迫反应。     

ATHKl基因调节拟南芥渗透胁迫信号转导过程

以拟南芥ATHKl基因T-DNA插入所产生的缺失突变体和野生型ws(wassilewskija)生态型为材料,分析了它们在生理和基因表达方面的差异.结果表明突变体的离体叶片失水率明显大于野生型;在30%PEG-6000胁迫后,野生型和ATHKJ突变体的细胞膜离子外渗率比胁迫前分别增加了50%和80%.PEG胁迫48 h时突变体的萎蔫程度明显大于野生型ws.以上结果说明ATHKl突变体的抗渗透胁迫能力低于野生型,即ATHKl基因参与了拟南芥适应逆境的调节反应.利用DDRT-PCR技术研究二者在PEG胁迫36h后的基因表达差异,分离到9个在野生型中被PEG诱导表达而在突变体中未被诱导的参与逆境应答的基因片段,其中包括MAPKKKl8和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因,即ATHKJ基因失活引起下游基因响应渗透胁迫的能力减弱,进一步说明ATHKJ基因参与拟南芥适应逆境的调节反应,并且ATHKl可能在逆境信号转导组分MAPK的上游起作用,很可能是植物体中的渗透感受器.     

叶绿素b含量低的水稻突变体的光合功能衰退及其与活性氧的关系

研究了一个在田间发现的水稻叶绿素b含量低的突变体叶片的光合功能衰退。和野生型相比,突变体的光合功能在叶片一生中较稳定;超氧阴离子和H2O2含量低,但活性氧清除系统的SOD和CAT酶活性差异不显著。由于突变体叶片中还原态辅酶Ⅱ和氧化态辅酶Ⅱ的比值低于野生型,因而认为其光合电子传递速率和羧化反应消耗电子速率之间比野生型更加平衡,是其光合功能较野生型稳定的原因。