發(fā)布時間：2020-05-25 10:22

【摘要】：水稻葉色突變是一類常見、易識別且表型出現(xiàn)較早的突變。近年來,針對水稻葉色突變已廣泛開展研究,尤其在植物光合作用機制、葉綠素生物合成途徑、葉綠體的發(fā)育和遺傳控制機理等方面。水稻黃綠葉突變體ygl15(yellow green leaf 15)是利用化學誘變劑EMS(Ethyl methane sulfonate)誘變秈稻保持系西農1B種子而獲得。本研究以野生型西農1B為對照,探究了突變體ygl15的表型特征、主要農藝性狀、光合特征參數(shù)、光合色素含量及其他生理生化指標、葉綠體的熒光顯微鏡觀察、相關葉色基因的定量表達;利用突變體ygl15和中花11雜交后代中F_2群體進行遺傳分析和分子定位,并對區(qū)間內的候選基因進行分析和測序。主要結果如下:1.表型鑒定和農藝性狀考察突變體ygl15在兩葉期開始出現(xiàn)黃綠色表型,且該表型一直持續(xù)到成熟期。主要農藝性狀方面,與野生型相比,突變體的株高、每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)和千粒重極顯著降低,穗長顯著降低,但有效穗數(shù)與野生型相比相差不大,未達到顯著差異水平。2.光合色素含量測定分別測定了苗期和抽穗期野生型及突變體ygl15葉片中光合色素含量。與野生型相比,突變體ygl15苗期的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素以及總葉綠素的含量極顯著降低;抽穗期倒一葉的葉綠素a、類胡蘿卜素及總葉綠素含量極顯著降低,但葉綠素b含量差異不顯著;倒二葉的各項光合色素含量均極顯著降低;倒三葉除葉綠素b含量顯著降低外,其它光合色素含量也極顯著降低。3.光合參數(shù)分析抽穗期對野生型和突變體ygl15的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO_2濃度、蒸騰速率4個光合特性指數(shù)進行測定。結果顯示,與野生型相比,ygl15的氣孔導度、胞間CO_2濃度和和蒸騰速率均有所增加,但只有蒸騰速率達到顯著差異水平。而凈光合速率則較野生型降低,但未達到顯著差異水平。可能因為氣孔導度增加,蒸騰速率加快,更容易攝入空氣中的CO_2,從而增加了胞間CO_2濃度。4.冷凍切片觀察分蘗期選取長勢相近的野生型和突變體ygl15葉片為材料制作冷凍切片,于熒光顯微鏡下觀察,結果顯示,突變體ygl15的葉綠體在紫外光下產生的紅色熒光弱于野生型,說明突變體發(fā)生了葉綠素降解。5.遺傳分析中花11與突變體ygl15雜交得到的F_1表型與野生型相同,F_1自交得到的F_2代群體中出現(xiàn)了性狀分離,其中總單株數(shù)為2202,出現(xiàn)黃綠葉表型的單株數(shù)為518,經(jīng)過卡方檢驗符合孟德爾分離比3:1(c~2=1.20c~2_((0.05,1))=3.84),說明該突變體ygl15表型受1對隱性核基因控制。6.生理及生化指標含量的測定抽穗期分別測定了野生型和突變體的各項生理及生化指標。結果表明,突變體ygl15的·OH含量倒一、倒二葉比野生型極顯著降低,而倒三葉的差異不顯著;O_2~-的含量倒一、倒二和倒三葉均極顯著高于野生型;H_2O_2的含量較野生型倒一、倒二和倒三葉高,且倒二葉達到了顯著差異水平,而倒一、倒三葉差異不顯著;突變體ygl15的倒一、倒二和倒三葉T-SOD酶活性均極顯著低于野生型;POD酶活性均低于野生型,且倒一、倒三葉差異極顯著,而倒二葉差異不顯著;CAT酶活性也均低于野生型,且倒三葉差異顯著,而倒一、倒二葉差異不顯著。7.分子定位及候選基因分析通過分子定位,將突變基因YGL15初步定位于水稻第10染色體長臂端RM25654與r3兩分子標記之間,其遺傳距離分別為0.38cM和0.57cM,物理距離約為56Kb,區(qū)間內有10個注釋基因,測序分析發(fā)現(xiàn),候選基因:LOC_Os10g35370的編碼區(qū)第一個內含子(總長138bp)的第121個堿基由A突變?yōu)門,由于該位點的突變,可能會使該基因轉錄后mRNA的剪接過程受到影響,從而使其編碼的原葉綠素酸酯氧化還原酶B蛋白序列發(fā)生改變,葉綠素合成中的原葉綠素酸酯光還原成葉綠素酸酯反應步驟受阻,最終導致突變體中葉綠素含量下降,出現(xiàn)黃綠葉表型。因此我們初步推測ygl15可能為候選目的基因。8.基因的表達分析分蘗期利用實時熒光定量PCR(quantitative Real-time PCR)分析了野生型西農1B和突變體ygl15光合作用通路中的光系統(tǒng)相關基因(petA、petB、petD、psaA、psbA、Cab1R)、葉綠素代謝途徑相關基因(HEMD、HEMA1、CHLD、HEME、CAO1)以及調控類胡蘿卜素代謝途徑相關基因(PSY1和PSY3)的表達情況。結果表明,這些基因在突變體ygl15中的表達量均極顯著低于野生型。
【圖文】：

第 1 章 文獻綜述途徑的中間產物，能直接與谷氨酞 tRNA 還原酶結合，主要能反饋抑制植物體內葉綠素合成[56]。這個反饋抑制機制最直接的證據(jù)是，Terry 等[57]在研究番茄突變體aurea 和 yellow-green-2 中得到了證明，由于光敏色素和血紅素氧化酶(hemeoxygenase)生成的團合酶（PFB synthase）基因發(fā)生了變異，致使血紅素不能正常的降解，植物體內的血紅素含量產生積累，反饋抑制葉綠素生物合成，使葉綠素含量降低，引起植株突變體葉色黃化。ALA 是血紅素和葉綠素合成途徑的前體物質，Lascelles 等[58]通過研究光合細菌不同的 ALA 合成途徑發(fā)現(xiàn)，植物體內血紅素含量可以影響血紅素自身的生理濃度，且能夠作為一種信號物質進行反饋調節(jié)，有效降低了光氧化性質對植物的損害。Li 等[59]利用插入 T-DNA 突變得到了幼葉萎黃轉黃化葉突變體 ylc2，是編碼血紅素加氧酶（OsHOS）亞家族 OsHO2 的突變體，在該突變植株中發(fā)現(xiàn)色素在老葉中積累但新葉仍表現(xiàn)黃化，代謝產物測定發(fā)現(xiàn)該突變體的葉綠素和光敏色素前體的比正常水平低，而 Mg 原卟啉 IX 和 5-氨基乙酰丙酸含量發(fā)生積累，說明在血紅素合成途徑中 OsHO2 能有效的調節(jié)四吡咯生物合成。Chl a酸性 pH

西南大學碩士學位論文主要是β-胡蘿卜素和γ-胡蘿卜素。類胡蘿卜素在植物的光保護途徑中起著至關重要的作用，在光合作用過程中，可以通過熱耗散消除過剩能量，減少有害活性氧的生成[60,61]。此外，作為光合作用的輔助色素防止光氧化損傷的光保護器，類胡蘿卜素也可以是 ABA 激素的前體，Bewley[62]通過對種子萌發(fā)與休眠的分析，提供了強有力的證據(jù)表明 ABA 生物合成能抑制 PHS 的基因表達。Fang 等[63]在水稻中篩選、并鑒定了 12 個 PHS 突變體(PHS)，發(fā)現(xiàn)編碼類胡蘿卜素生物合成途徑的主要酶，包括八八氫番茄紅素脫氫酶（OsPDS）、ζ-胡蘿卜素去飽和酶（OsZDS）、類胡蘿卜素異構酶（OsCRTISO）和番茄紅素β-羥化酶（β-OsLCY），，這些酶在ABA 類胡蘿卜素前體生物合成中扮演著重要作用，缺一不可；而突變體 phs 中，ABA 的數(shù)量減少，在光系統(tǒng)中發(fā)生光抑制，大大增加活動的活性氧（ROS）清除酶，并減少光系統(tǒng) II（PS）核心蛋白質 CP43、CP47 和 D1 的含量，這些結果表明，光氧化性質和脫落酸 ABA 合成受類胡蘿卜素調控，若在類胡蘿卜素合成過程中發(fā)生缺陷，會打破成熟穗的籽粒休眠開始發(fā)芽，葉片表型也出現(xiàn)白化。Fe2+Fe 原卟啉 IX血紅素 光敏色素生色團
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S511

【參考文獻】

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本文編號：2680008