【目的】谷子是C4模式植物,其叶色突变体是研究C4光合途径的良好材料。通过研究谷子条纹叶突变体A36-S的细胞学特性并对突变基因进行定位,为克隆突变基因、解析谷子叶绿体合成及发育机理、进一步理解C4光合调控机制奠定基础。【方法】谷子条纹叶突变体A36-S是由育种创制的中间材料A36自然变异而来。对比A36-S及其正常表型等基因系A36-N的表型特征,调查二者的株高、叶宽、叶长、穗重、千粒重、结实率等农艺性状指标;测定A36-S和A36-N的叶绿素含量、净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率等光合指标,分析A36-S的光合特性;观察A36-S和对照品种豫谷1号的叶片半薄横截切片和超薄切片,分析A36-S叶片解剖结构特征,分别统计叶肉细胞和维管束鞘细胞中叶绿体的数量和面积,从而分析叶绿体合成及发育情况;构建A36-S×SSR41的F2分离群体,统计群体中正常表型单株与条纹叶单株的数量,进行遗传分析;分别构建F2分离群体正常单株与条纹叶单株的DNA混池,采用集团分离分析法(BSA法)进行突变基因的定位;筛选、开发多个SSR标记及In-Del标记,扫描F2群体中条纹叶单株,进行进一步基因定位。【结果】谷子条纹叶突变体A36-S在全生育期表现出叶片不规则白色条纹的表型。农艺性状分析表明,相比其近等基因系A36-N,A36-S在株高、叶宽、穗重、千粒重、结实率等表型上均显著下降。光合指标测定表明A36-S叶片中叶绿素含量明显降低,尤其是叶绿素b含量下降更为严重,同时净光合速率也明显下降。叶片解剖结构观察发现,与对照豫谷1号相比,A36-S的Kranz结构变化并不明显,但叶绿体数量和大小都显著低于对照。观察叶绿体超微结构,发现A36-S的不同细胞间叶绿体发育状况差异较大,依据叶绿体发育情况可将叶片细胞可分为3类:Ⅰ类细胞具有正常发育的叶绿体;Ⅱ类细胞叶绿体基粒及片层结构减少;Ⅲ类细胞则叶绿体结构严重异常甚至不含有叶绿体。遗传分析表明A36-S表型受隐性单基因控制,利用F2分离群体将突变基因定位在第4染色体7.66—27.90 Mb区间内。【结论】谷子A36-S条纹叶突变体表现为农艺性状及光合能力下降,叶片细胞叶绿体的数量、大小及结构均表现出显著异常。条纹叶性状受隐性单基因控制,利用分子标记将候选基因定位于第4染色体7.66—27.90 Mb区间内。

谷子叶色突变体是探究叶绿体发育机制和C4光能利用率的理想材料之一。为了研究谷子叶色突变的分子机制,从谷子主推品种长农35号的甲基磺酸乙酯(EMS)诱变库中筛选鉴定到一个苗期条纹叶突变体wsl2,通过表型鉴定、遗传背景检测和遗传分析,同时利用MutMap方法快速精细定位突变基因,并根据突变位点开发共分离分子标记等方面对该突变体进行研究。结果表明,wsl2在苗期表现为条纹叶表型,但从拔节期开始恢复为正常叶片表型;wsl2与野生型遗传背景相同且wsl2受一个隐性核基因控制;MutMap精细定位的关联区间内包含9个非同义突变基因,其中,Seita.9G561800是一个编码与叶绿体相关的PsbP蛋白基因,含有6个外显子和5个内含子,在第1外显子77 bp处发生G/T碱基突变,导致一个精氨酸(R)突变成亮氨酸(L)。根据突变碱基设计了dCAPS标记MRI498-1(Cac8Ⅰ)和共分离标记MRI501-3,进一步验证了wsl2突变体的候选基因突变位点。研究鉴定了一个新的条纹叶突变体wsl2,对PsbP基因光合作用反应机制的进一步研究奠定了理论基础,丰富了谷子叶色突变体资源,同时验证了MutMap方法克隆谷子突变基因的有效性。

水稻叶绿素缺失突变是一种常见的突变类型,对叶绿素缺失突变体基因进行定位克隆和功能分析,可进一步丰富叶绿素代谢的分子机理研究。在辽粳371的60Co-γ射线辐射诱变后代中筛选到1个白条纹叶突变体wsl1,经多代自交,其白条纹性状能稳定遗传。利用图位克隆方法定位该基因,同时在孕穗期进行光合色素含量测定和光合参数测定,成熟期考察其穗部农艺性状。该突变体从4叶期开始表现白条纹性状,在茎部、叶鞘、叶缘等不同部位均表现白条纹性状且该性状一直持续到成熟期。与野生型相比,突变体结实率极显著下降,仅为野生型的75.33%;千粒重极显著的增加,比野生型增加7.97%;粒长极显著下降,是野生型的90.15%,粒宽和粒厚极显著增加,分别增加11.51%和7.58%。在孕穗期,突变体wsl1的叶绿素b含量比野生型下降23.20%,差异达到极显著水平。突变体的叶绿素a和类胡萝卜素含量与野生型的无明显差异。与野生型相比,突变体的净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度都显著下降,分别为野生型的85%、72%和95%。而突变体的光能转化效率极显著高于野生型,比野生型高11.88%。透射电镜观察发现,突变体植株叶肉细胞类囊体片层减少,结构模糊。遗传分析表明,水稻白条纹叶突变体wsl1突变表型受1对隐性核基因控制,该基因被定位到第1染色体短臂末端,是一个控制水稻叶色的新基因。该基因的发现有助于深入了解水稻叶色形成和调控的机制,同时丰富了水稻特异种质资源。

叶色突变体是研究C4光合途径及叶绿素代谢机制的理想材料。为了研究谷子黄绿叶突变的分子机制，为黄绿叶基因的功能研究及叶绿素代谢的分子机制解析奠定基础，在长农35号甲基磺酸乙酯(EMS)突变体库中鉴定到1份可稳定遗传的谷子黄绿叶突变体ygl7,并对突变体及野生型进行农艺性状调查、光合色素含量及光合参数测定、叶绿体超微结构观察；同时对突变体叶色进行遗传分析，采用BSA法进行基因初定位，利用F_2群体进行精细定位，并根据功能注释结合RNA-Seq预测候选基因。采用qRT-PCR进行表达模式分析，采用酵母双杂交试验进行蛋白互作验证。结果表明，与野生型相比，ygl7苗期、拔节期叶片呈明显黄绿色，抽穗期逐步转为浅绿色，ygl7整个生育期叶绿素含量及光合速率都显著低于野生型，且叶绿体结构出现异常。遗传分析表明，ygl7黄绿叶表型由1对隐性单基因控制，基因精细定位将黄绿叶基因定位于第Ⅶ染色体434.9 kb区间内，候选基因分析预测编码原卟啉Ⅸ镁鳌合酶Ⅰ亚基的Seita.7G290300为调控黄绿叶的候选基因。qRT-PCR结果显示，Seita.7G290300在叶片中高表达，且在突变体中的表达量低于野生型；叶绿素合成途径(CHLD、CHLI)和光系统(LHCB1、LHCB6)相关基因在突变体中均下调表达。酵母双杂交试验表明，SiYGL7与MORF2存在互作。

采用石蜡切片法对水稻OsEMF2b的T-DNA插入杂合突变体的花器官形态、雌雄蕊发育和种子形成等过程进行了细胞学研究。结果表明,OsEMF2b杂合突变体花器官形态和各部分的数量有变异,但花药和胚珠发育以及花粉和胚囊的育性正常。OsEMF2b杂合突变体出现一定比例的受精卵不分裂、胚胎发育延迟、胚胎畸形,胚乳游离核不能细胞化和胚乳细胞退化解体等异常现象,从而导致其结实率明显低于野生型。OsEMF2b基因可能在水稻的花器官形成和种子发育过程中具有重要的调控作用。

[目的]水稻白条纹叶突变体是一种可利用的种质资源。通过对突变基因的定位,可将白条纹叶性状作为一种隐性标记导入到不育系中,在保证杂交种纯度方面有着非常广阔的应用前景。[方法]从籼稻品种‘93-11’的化学诱变突变体库中发现1个水稻白条纹叶突变体white striped leaf7(wsl7)。利用wsl7与‘02428’杂交构建F2群体进行遗传分析及基因定位。[结果]与野生型相比,突变体wsl7在幼苗期表现出叶片白条纹的表型且光合色素含量较野生型极显著下降,以3叶期最明显。5叶期以后叶片开始由下向上转绿。低温处理条件下,wsl7白条纹叶表型较正常温度处理更为显著。透射电镜观察发现,突变体叶绿体观察不到明显的类囊体片层且出现大量空泡状结构。遗传分析表明,该突变性状受单隐性核基因控制。利用混合群体分离分析法(BSA)将该基因初步定位于第6号染色体上。进一步通过开发分子标记和扩大群体进行精细定位,将基因缩小到72.3 kb。经测序发现wsl7突变体中1个编码线粒体载体蛋白基因的3个外显子发生单碱基缺失,导致编码蛋白翻译提前终止。[结论]水稻突变体wsl7的白条纹叶性状由6号染色体上的1个编码线粒体载体蛋白基因突变所致。

【目的】对雄性不育突变体802A进行表型鉴定和遗传分析,并对不育突变基因进行分子标记定位。【方法】调查802A突变体的花粉育性、形态特征和主要农艺性状,同时对其不育性状进行遗传分析,并以802A/Ⅱ-32B F2和802A/02428 F2为定位群体,运用SSR、InDel等分子标记进行基因定位。【结果】802A突变体的花药瘦小、干瘪、不开裂,外观呈乳白色,花粉以典败为主,属于普通雄性不育类型。同时,该突变体还表现颖壳变细、扭曲,剑叶变短、变窄、内卷,穗颈包颈等特征。遗传分析表明,802A的雄性不育性状由1对隐性核基因控制。该不育突变基因定位于第3染色体长臂的SSR引物RM3513附近,InD...

为发掘、定位和克隆水稻窄卷叶相关突变基因,揭示叶片发育机理。对武运粳7号条纹叶枯病抗性改良品系中发现的窄卷叶突变体进行了表型观察、遗传分析及基因定位。结果表明,与野生型相比,突变体在叶片形态发生改变的同时,其株高、分蘖性、穗长、枝梗数、每穗实粒数、穗粒数、结实率、千粒质量等农艺性状也存在显著差异。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性基因控制。以500株辐恢838/nrl(t)的F2隐性单株为定位群体,利用SSR标记将NRL(t)基因定位于水稻第11染色体短臂末端RM11-01、RM11-11之间,物理距离约为160 kb的范围内。通过水稻基因组注释数据库分析发现,在该区域存在26个预测的基因,测...

[目的]对水稻叶色白化转淡绿突变体WGL进行遗传分析与基因定位,为水稻叶绿素合成与质体发育的分子机制研究奠定基础。[方法]水稻白化转淡绿突变体WGL与‘日本晴’、‘越光’杂交构建F2群体,取隐性极端个体定位基因WGL。[结果]白化转淡绿叶突变体WGL由甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻‘南京11’获得,2叶1心期叶片开始转绿,但叶缘和叶尖仍表现白化。4叶期后,WGL叶色表现为淡绿色。与野生型相比,WGL的株高显著降低,剑叶长、剑叶宽、穗长、有效分蘖、千粒质量等均有不同程度的降低。3叶期和抽穗期光合色素含量测定结果表明:与野生型相比,3叶期WGL的叶绿素a、b和类胡萝卜素含量均显著下降,抽穗期叶绿素...

［目的］水稻叶片作为重要的光合器官，是作物产量的形成基础。叶色突变体不仅可以作为育种标记，还是研究叶绿体发育和培育高光效水稻品种的先决条件之一。［方法］从籼稻品种‘９３１１’的～（６０）Ｃｏ－γ射线辐射诱变突变体库中筛选获得了１个水稻黄叶突变体ｙｌ。利用ｙｌ／‘宁粳４号’杂交的Ｆ２群体进行基因定位。［结果］与野生型相比，ｙｌ突变体的幼叶表现出明显的黄化，叶绿素ａ、叶绿素ｂ、类胡萝卜素的含量下降。突变体叶绿体中类囊体片层结构排列松散。与野生型相比，ｙｌ突变体的每穗粒数、结实率和千粒质量下降。该性状受１对隐性核基因控制。该基因初步定位于第９染色体长臂上，进一步开发分子标记把定位区间缩小在１４．５ ．．．

在玉米自交系4H8中发现一个叶色突变体,自然条件下,该突变体幼苗叶色呈淡绿色,生长明显缓慢,逐渐萎蔫死亡。利用出现淡绿色幼苗的自交系4H8杂合体以及其与绿色自交系40-6构建的一套分离群体对叶色淡绿色突变体进行了遗传分析,发现4H8的淡绿色基因由1个隐性核基因控制,初步命名为vl1(Virescent leaf 1),并用SSR分子标记将该基因初步定位在第1染色体的长臂上,位于SSR标记umc1323和umc1709之间,与二者的遗传距离分别为2.1 cM和10.3 cM。该研究结果为今后该基因的克隆和功能分析奠定了基础。

【目的】研究水稻卷叶突变体叶形变化的分子机理，鉴定出新的水稻卷叶基因。【方法】利用ＥＭＳ诱变籼稻品种浙农３４，获得一个窄卷叶突变体，命名为ｎｒｌ４（ｎａｒｒｏｗ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｌＥａｆ ４）。在抽穗期随机选取野生型浙农３４和ｎｒｌ４各１０株，对其进行表型观察和主要农艺性状调查等，并测定叶绿素含量；同时用ＺＥｉＳＳ荧光显微镜观察剑叶中部叶片横切面维管束的数目并统计泡状细胞数量。以多代自交稳定的突变体ｎｒｌ４为母本与野生型浙农３４杂交，观察植物ｆ＿１和ｆ＿２叶片表型，统计ｆ＿２中性状分离比并作卡方测验，分析突变表型的遗传行为。利用ｎｒｌ４与粳稻品种浙农大１０４杂交，采用ｆ＿２分离群体进行．．．

【目的】穗发育对于农作物产量至关重要,而穗顶端败育是谷子产量下降的重要原因之一。通过挖掘谷子穗顶端败育的相关基因,探求谷子穗顶端发育的生物学通路,以期为谷子穗发育遗传机理研究提供理论基础。【方法】利用化学诱变剂甲基硫酸乙酯(ethyl methyl sulfonate,EMS)对野生型豫谷一号(Yugu1)进行诱变,在其后代中发现了一个可以稳定遗传的穗顶端败育的突变体,命名为sipaa1,同时对该突变体的农艺性状进行鉴定。以突变体sipaa1母本,SSR41父本构建的F2定位群体为材料进行遗传分析及图位克隆,确定基因所属染色体以及在该染色体上的位置。对突变体sipaa1和野生型Yugu1的BC1F2进行高通量测序,挖掘定位区间内的候选基因,根据候选基因在谷子不同组织部位表达量的差异,找出在穗部高表达的候选基因。对孕穗期的Yugu1和sipaa1进行转录组测序,寻找差异表达基因并分析差异表达基因富集的生物学通路。【结果】与Yugu1相比,突变体sipaa1的平均株高略有增高,增幅不显著,叶长、叶宽分别降低了10.66%和5.08%。突变体的表型变异主要集中在穗部,最突出的表现是穗顶端小花发育异常,谷穗长和谷穗粗分别降低了11.36%和16.12%,单株穗重、谷码数、单穗粒重及千粒重分别降低了30.02%、32.58%、30.55%和18.18%。通过对sipaa1×SSR41的F2代群体中正常株与突变株的遗传分析表明该突变为隐性单基因控制。经图位克隆将突变基因定位于第1染色体Indel标记1-9.23与1-9.333之间约100 kb的范围内。结合高通量测序数据库,在该定位区间筛选到6个在穗部高表达的候选基因。转录组测序发现,在突变体与野生型之间存在2 768个上调表达基因,507个下调表达基因,且定位区间内有2个差异表达基因主要与激素信号转导、外界胁迫响应、植物-病原互作等生物学通路有关。【结论】谷子穗顶端败育突变体sipaa1由隐性单基因控制,突变基因位于第1染色体Indel标记1-9.23与1-9.333之间,转录组测序与基因功能分析发现了2个在穗部高表达且与植物花器官发育及胁迫响应密切相关的候选基因,候选基因可能通过对激素、胁迫响应,以及细胞程序性死亡等相关通路调控谷子穗顶端败育。

对王百合雄性不育突变体‘白天使’小孢子败育的过程进行了显微观察 .结果显示 :①花粉母细胞减数分裂异常 .花粉母细胞早期出现质壁分离及多核仁现象 ;减数分裂末期Ⅰ ,部分花粉母细胞畸形 ,核结构破坏 ;减数分裂过程中 70 %花粉母细胞出现了染色体结构或数量的变异 .②绒毡层行为异常 .花粉母细胞形成时期至减数分裂末期I ,绒毡层细胞液泡化 ,细胞质稀少 ;有的过度膨胀 ,彼此挤压 ,细胞粘连成团块或分隔成数块 ;单核花粉粒时期 ,绒毡层细胞质浓厚 ,细胞间间隙小 ,与中层细胞联系紧密 ,没有解体 .推测减数分裂及绒毡层行为的异常共同导致了小孢子的败育 .

为从细胞学角度研究东方百合雄性不育的机理,本试验利用石蜡切片法对东方百合雄性可育品种及其不育突变体花药发育过程进行比较研究,确定不育突变体花药败育时期及方式。观察结果表明:正常东方百合可育品种的花药,经过造孢细胞、花粉母细胞、四分体、单核花粉粒等时期,获得成熟的花粉粒;在花粉母细胞阶段,不育突变体花药的绒毡层即停止发育开始解体,花粉母细胞不能进行正常的减数分裂形成四分体,随着花药的发育,花粉母细胞高度液泡化并逐步解体。研究认为:东方百合不育突变体花粉败育可能发生在花粉母细胞时期,与绒毡层的提前解体有关。