以γ射线诱变籼稻双科早(Oryza sativa subsp.indica cv.'Shuangkezao')获得的早熟鲜绿突变体pe-1为实验材料,在三叶期和分蘖期进行弱光胁迫,探讨pe-1与野生型在形态特征、非生物胁迫相关酶活性及其调控基因表达量、叶绿素含量、叶绿体合成与降解及光形态建成相关基因表达对弱光响应的差异.结果表明,与野生型相比,弱光胁迫后,pe-1叶片黄化程度显著降低,株高和叶面积显著增加;三叶期和分蘖期的叶片中不同叶绿素含量变化不同.此外,pe-1叶绿素含量增加,且其抗氧化应激反应相关酶过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性及相关基因的表达量均高于野生型,表明在弱光胁迫下pe-1活性氧清除能力增强,适应能力更强.pe-1的光形态建成相关基因表达量高于野生型,表明弱光处理下pe-1的光接收能力更强.综上,pe-1突变体具有抵御弱光胁迫的潜力,该结果有助于耐弱光水稻品种的选育.

为揭示赤皮青冈叶色黄化变异机制,该研究以赤皮青冈叶色变异植株和正常植株的叶片为试验材料,采用超高效液相色谱串联质谱法和高通量RNA测序技术分别进行代谢组和转录组分析.结果表明:(1)代谢组在正离子(POS)、负离子(NEG)模式下分别检测出正常植株和突变体之间存在 257 个和 357 个显著差异代谢物(SCMs),其中槲皮素、白矢车菊素、杨梅素等多种黄酮类化合物及其糖苷衍生物(吡喃酮啡肽A、异鼠李素 3-葡糖苷酸等)在突变体中显著上调,而叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等色素含量则显著下降.(2)转录组测序检测出 4 146 个差异表达基因(DEGs),其中 1 711 个基因上调表达,2 435 个基因下调表达.(3)KEGG富集分析表明,SCMs和DEGs显著富集到光合作用、卟啉与叶绿素代谢、类黄酮生物合成等途径.综上表明,突变体叶色黄化可能是受到叶绿素合成受阻、叶绿体发育异常及黄酮物质合成增加等因素的综合影响.此外,MYB和bHLH家族基因在突变体中显著上调,证实该两类转录因子参与调控类黄酮生物合成.该研究结果为植物黄化突变的分子机制研究提供了新的见解,也为叶色功能基因挖掘与园林植物育种工作提供了参考.

[目的]水稻的抽穗期对水稻地域适应性及水稻产量至关重要,对水稻抽穗期基因进行鉴定及功能分析,可以为水稻育种提供优异的基因资源.[方法]通过BSA-seq方法对一个黄化早抽穗突变体hz1(huangzao 1)进行基因定位克隆及连锁分析;利用RT-qPCR技术分析目的基因HZ1 的表达谱,并用水稻原生质体瞬时转化查明HZ1 的亚细胞定位;对突变体的抽穗期、叶绿素含量、过氧化氢含量等生理指标进行测定,详细分析其表型变化.[结果]田间表型观察发现hz1表现早抽穗,长日照(long-day,LD)及短日照(short-day,SD)条件下hz1 的抽穗期相同,分别比野生型(wild type,WT)早抽穗 43 d和 26 d,表明hz1 是一个光周期不敏感的突变体.同时hz1 表现黄化表型,相比WT,叶绿素含量下降.遗传分析表明hz1 由隐性单基因控制,F2 混池高通量测序将目的基因定位于水稻第 6 染色体上 17.8 Mb区间内,分析发现该区间内一个T-DNA插入位点LOC_Os06g40080 与hz1 目标性状完全连锁,LOC_Os06g40080 为已知的SE5 基因,编码血红素加氧酶 1(heme oxygenase 1,HO1).HZ1/SE5 在叶片中高表达,在LD及SD条件下具有昼夜节律性表达.亚细胞定位发现HZ1/SE5 蛋白定位于叶绿体中.表达调控分析表明HZ1/SE5主要通过调控水稻成花素Hd3a和RFT1 的表达来调控水稻的抽穗期;并通过调控叶绿素合成途径相关基因的表达水平影响水稻叶绿素水平变化.[结论]黄化早抽穗突变体hz1 由于血红素加氧酶编码基因SE5 突变导致其对光周期不敏感,HZ1/SE5 基因通过调控水稻成花素基因及叶绿素合成途径相关基因的表达而影响水稻的抽穗期及叶片的黄化.

为阐明珍珠芦荟叶色突变的变异机制,以珍珠芦荟(Aristaloe aristata)叶色失绿突变体'MT-1'及其叶色正常种质'WT-18'为试材,对其表型特征、叶片超微结构、光合色素含量、叶绿素荧光参数、差异代谢产物等方面进行了对比研究.结果表明,与'WT-18'相比,突变体'MT-1'从幼叶开始呈现出黄化条斑现象,且株型变小、生长缓慢;气孔数量少且小,形状由长方形变成正方形;叶绿体数量及内部片层数量变少、体积也明显变小;光合色素(叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素)含量和叶绿素荧光动力参数(Fo、Fm、Fv/Fm、ФPSⅡ、qP、qN和ETR)均显著降低.'MT-1'和'WT-18'的代谢产物差异明显,KEGG代谢通路分析表明,大多数差异代谢物富集到氨基酸代谢、糖代谢、脂类代谢、核酸代谢、次级代谢产物生物合成等途径.因此,叶绿体相关基因的改变可能是发生叶色失绿突变的重要原因.

该研究选用栽培大麦品种'西引2号',通过化学诱变剂甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate ,EMS)处理,创建了3 750个 M1及2 012个 M2突变株系.结果表明:在M2中,有115株表现黄化,98株表现矮化,101株表现极早或极晚抽穗,其他35株表现分蘖少、叶片小或者不育等性状,所有突变株系占M2群体的17 .35%;M2的基因组DNA用于突变频率的研究,用优化的CELⅠ酶切体系对M2株系进行了 EDR1基因突变体筛选,获得了EDR1基因的3个突变体,其中一个发生在外显子区域,导致了氨基酸 Pro到Ser的转换,突变频率平均为每661 kb一个点突变,这与前人研究的突变频率基本在一个范围内.该研究创建了大麦品种'西引2号'的 TILLING筛选群体,并用于 EDR1突变体的筛选.为大麦性状研究提供了不同的思路,搭建了新的资源和技术平台.

本试验以测序番茄品种‘Heinz 1706’的甲基磺酸乙酯(EMS)诱变所获得的叶色黄化突变体(Y55)为试材,分析了突变体的植株生长、叶片叶绿素含量及光合参数.结果表明:Y55的株高、茎粗、鲜质量均显著降低;叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素含量以及叶绿素a/b均显著降低,Y55叶绿素合成的前体物质含量均显著低于野生型,尤其是粪卟啉原Ⅲ及其后前体物质;且Y55叶片净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度均显著低于野生型,最大光合速率、CO2饱和点与补偿点、光饱和点与补偿点也显著下降;Y55的PSII最大量子效率显著降低,Fu显著升高,PSII与PSI的光合电子产量和电子传递速率显著降低;Y55处于基态的捕光色素分子、捕光色素分子处于最低激发态的平均寿命均显著降低.表明粪卟啉原Ⅲ的合成受阻可能是黄化突变体Y55叶绿素含量下降的主要原因,黄化突变降低了叶片捕光色素分子数量,影响了叶片的光合作用,进而抑制了植株的生长发育.

叶色突变体往往伴随着叶绿素含量变化及叶绿体结构异常,是研究叶绿体发育与光合作用相关基因功能的重要材料.本研究鉴定了一个玉米叶片黄化的自然突变体74101,该突变体整个生育期均表现为叶片黄化,总叶绿素含量比野生型(74101-WT)下降53.38％,净光合速率下降25.63％.透射电子显微镜结果显示,74101中叶绿体类囊体结构紊乱,基质片层排列稀疏,无基粒结构.遗传分析与精细定位结果表明74101突变表型受1对隐性核基因控制,位于玉米第5号染色体长臂的标记K-138和K-27之间约76.05 kb物理区间内.对该区间4个候选基因测序分析发现,编码PPR蛋白的ZmNPPR5(Zm00001eb252430)基因第1126位核苷酸碱基发生突变(C-T).与EMS突变体等位性分析进一步验证ZmNPPR5基因控制叶片黄化表型,亚细胞定位显示其在细胞核中表达.本研究成功克隆了玉米新的黄化基因ZmNPPR5,为进一步研究PPR蛋白调控叶绿体发育和叶绿素合成奠定了基础.