水稻窄葉白化突變體nul1(t)的鑒定與基因定位.pdf

1、葉片是植物進(jìn)行光合作用的主要場(chǎng)所，其光合產(chǎn)物占稻谷總產(chǎn)量的90％以上，因此，增加葉片光能利用效率對(duì)提高作物產(chǎn)量和改善其品質(zhì)具有重要的意義。葉片顏色是植物光合色素含量的體現(xiàn)，直接與凈光合速率相關(guān);葉片適度變窄、微卷可改善作物群體結(jié)構(gòu)，增加受光面積，有利于群體最大限度的利用光能，因而在水稻理想株型育種中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前，在水稻中已克隆了NAL1、NAL2/NAL3、NAL7和NAL9四個(gè)窄葉基因，除NAL9外，均與生長(zhǎng)素的合成和極性

2、運(yùn)輸有管。常規(guī)育種中，在水稻保持系繁育田B78編號(hào)中發(fā)現(xiàn)了一株葉片顯著變窄且上表面白化的自然變異突變體。因2012年王峰等報(bào)道了一個(gè)類似的窄葉白化突變體，新發(fā)現(xiàn)的突變體與其定位在同一區(qū)間，因此將新鑒定的突變體暫命名為nul1(t)(narrow and upper-albino leaf1，temporarily)。本文對(duì)nul1(t)進(jìn)行了形態(tài)學(xué)鑒定、光合色素含量分析、光合參數(shù)測(cè)定、石蠟切片觀察，并進(jìn)行了遺傳分析、精細(xì)定位、候選基因鑒

3、定和等位突變體的篩查等研究。主要結(jié)果如下:
　　1.nul1(t)的表型分析和農(nóng)藝性狀調(diào)查
　　田間種植情況下，nul1(t)的葉片全生育期均變窄，同時(shí)葉片正面出現(xiàn)不規(guī)則的白化，背面為正常的綠色。苗期，nul1(t)倒1葉、倒2葉和倒3葉的葉寬僅分別為野生型的50.11％、50.90％和62.13％，極顯著下降;葉片長(zhǎng)度除倒3葉顯著變短外其它與野生型相比未改變。nul1(t)的籽粒長(zhǎng)、籽粒寬、結(jié)實(shí)率和千粒重均顯著或極顯著低于

4、野生型，有效穗則顯著高于野生型。
　　2.nul1(t)的光合色素含量和光合參數(shù)測(cè)定
　　開花期測(cè)定光合色素含量，發(fā)現(xiàn)與野生型相比，除劍葉葉綠素a含量顯著降低外，nul1(t)三片功能葉的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均無顯著變化。nul1(t)劍葉的氣孔導(dǎo)度Gs顯著低于野生型，凈光合速率Pn和蒸騰速率Tr雖然略低于野生型，但未達(dá)到顯著差異水平，同時(shí)，由于Tr下降幅度大于Pn，導(dǎo)致nul1(t)的水分利用率WUE略有提高

5、，但也未達(dá)到顯著差異水平，這與光合色素含量測(cè)定的結(jié)果較為一致。
　　3.nul1(t)葉片的細(xì)胞學(xué)觀察
　　開花期，nul1(t)劍葉的主葉脈數(shù)為7.17個(gè)，次葉脈數(shù)為34個(gè)，極顯著小于野生型的9.83個(gè)和45個(gè)。主葉脈間的次葉脈數(shù)量沒有顯著變化，但相鄰次葉脈間的距離極顯著變小，僅為野生型的69.54％。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，野生型次葉脈間的細(xì)胞平均有11層，而突變體nul1(t)的則僅為7層，細(xì)胞數(shù)量的減少是導(dǎo)致nul1(t)葉

6、片變窄的主要原因。在葉肉細(xì)胞最薄處，nul1(t)為7層細(xì)胞，顯著高于野生型的5層，推測(cè)該部分葉肉細(xì)胞的增多補(bǔ)償了上表面葉肉細(xì)胞的白化，從而使nul1(t)的光合色素含量下降不顯著。
　　4.nul1(t)的遺傳分析
　　以nul1(t)為母本，縉恢10號(hào)為父本，配制雜交組合，F(xiàn)1植株表型正常。F2群體中出現(xiàn)正常和突變兩種類型，正常株2458株，突變株806株，卡方測(cè)定符合3∶1的分離比例（x2=0.16＜x20.05=3.

7、84）。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，突變型的葉片均表現(xiàn)窄葉和上表面白化兩種性狀，與nul1(t)類似，暗示突變體的窄葉和葉片上表面白化性狀可能受同一對(duì)隱性核基因調(diào)控。
　　5.NUL1(t)的精細(xì)定位
　　以806株nul1(t)/縉恢10號(hào)的F2隱性單株為定位群體，利用SSR和Indel等標(biāo)記最終將NUL1(t)精細(xì)定位在第7染色體Indel標(biāo)記Ind07-1和Ind07-5之間，物理距離約為51.5 kb。根據(jù)水稻基因組注釋網(wǎng)站RGAP等

8、提供的信息，該區(qū)間含有4個(gè)注釋基因，分別編碼表達(dá)蛋白、CHR4/MI-2-LIKE蛋白、N-糖酰胺酶和MYB轉(zhuǎn)錄因子。
　　6.NUL1(t)候選基因鑒定
　　對(duì)NUL1(t)精細(xì)定位區(qū)間內(nèi)的4個(gè)注釋基因進(jìn)行測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與野生型相比，nul1(t)中的CHR4/MI-2-LIKE蛋白編碼基因LOC_Os07g31450在編碼框第2936個(gè)堿基處發(fā)生了G-A的堿基替換，導(dǎo)致氨基酸由野生型的絲氨酸變?yōu)橥蛔冃偷奶於０贰Ｒ虼耍?/p>

9、我們將LOC_Os07g31450初步判定為NUL1(t)的候選基因。
　　7.NUL1(t)基因的確定
　　2013年，西南大學(xué)水稻研究所利用EMS誘變秈型水稻保持系西大1B，在其后代鑒定到4個(gè)窄葉且葉片上表面白化的突變體，表型與nul1(t)類似，暫命名為nul1(t)-1、nul1(t)-2、nul1(t)-3和nul1(t)-4。分別與nul1(t)雜交，nul1(t)/nul1(t)-2和nul1(t)/nul1(