【摘 要】
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斑叶表型广泛存在于植物中,迄今为止人们已经在拟南芥,黄瓜,水稻,三角枫等众多植物中鉴定到了上百个斑叶突变体。常见的斑叶突变主要是条纹突变和花斑叶突变。植物的花斑叶突变主要是由叶片中非绿色区域叶绿体发育缺陷造成的,因此,花斑叶突变体是研究叶绿体发育、光合作用、叶绿素合成的理想材料。花斑叶性状在园林植物中有较高的利用价值,这类材料丰富了观赏植物的品种资源,促进了优新品种的选育及应用。具有花斑表型的观赏
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斑叶表型广泛存在于植物中,迄今为止人们已经在拟南芥,黄瓜,水稻,三角枫等众多植物中鉴定到了上百个斑叶突变体。常见的斑叶突变主要是条纹突变和花斑叶突变。植物的花斑叶突变主要是由叶片中非绿色区域叶绿体发育缺陷造成的,因此,花斑叶突变体是研究叶绿体发育、光合作用、叶绿素合成的理想材料。花斑叶性状在园林植物中有较高的利用价值,这类材料丰富了观赏植物的品种资源,促进了优新品种的选育及应用。具有花斑表型的观赏植物的遗传及其调控机制已成为园林和园艺领域的一个研究热点。羽衣甘蓝(Brassica oleracea var.acephala)耐寒性极强,具有多变的叶形和丰富多彩的叶色,已成为寒冷季节环境美化绿化的重要观赏植物。羽衣甘蓝起源于地中海沿岸,我国的引种时间不长,品种资源缺乏。目前,市场上销售的羽衣甘蓝以心叶类型主要以紫色、红色、粉色和白色为主,而且主栽品种几乎全部自国外进口。选育具有自主知识产权的羽衣甘蓝新品种,丰富观赏性状的变异类型是亟待解决的问题。本团队前期在羽衣甘蓝双单倍体纯系创制过程中,获得了一份极具观赏价值新的羽衣甘蓝白绿花斑突变体。其表性特征是叶片边缘绿色、中心白色,整株叶片白绿镶嵌,观赏期植株形似莲花,具有极高的观赏价值。本研究在对突变体遗传特性分析鉴定的基础上,利用BSR-seq技术并结合传统的SSR分析等基因定位方法,对突变基因Bo Vl进行了精细定位。主要研究结果如下:1.对突变体不同生长发育阶段叶片中的叶绿素和类胡萝卜素含量进行测定,转色期(S2)叶绿素a,b,叶绿素总含量和类胡萝卜素含量达到最低值。对花斑叶时期白色(S3_C)和绿色区域(S3_S)叶绿素和类胡萝卜素含量进行分析,白色区域叶绿素a,b和叶绿素总含量和类胡萝卜素含量显著降低,花斑叶时期白色叶片部分的光合色素含量均处于较低水平,净光合速率显著降低。对花斑叶阶段的白色叶片部分和绿色叶片部分的叶绿体超微结构进行了观察,花斑叶时期白色叶片部分叶绿体垛叠程度较低,趋于瓦解。2.用白绿花斑叶突变体‘JC007-2B’与普通甘蓝高代自交系‘BS’杂交,构建F1、BC1及F2世代群体,分析白绿花斑叶突变性状的遗传特性,证明白绿花斑叶性状由1对显性核基因控制。在上述F2群体中选择50株全绿植株和50株白绿花斑叶植株,构建两个极端混池,通过BSR-Seq分析并结合传统的SSR分析等基因定位方法,将白绿花斑基因Bo Vl定位在C03染色体的两个Indel标记Q3I-8和Q3I-15之间,遗传距离分别为0.08 c M和0.04 c M。定位区间的物理距离为6.737kb,含有3个基因,分别为Bo3g002070、Bo3g002080和Bo3g002090。3.对定位区间的3个基因进行克隆测序,发现只有Bo3g002080发生序列变异,预测Bo3g002080为Bo Vl的候选基因。Bo3g002080的拟南芥同源基因为At Med4,编码一种富含羟脯氨酸的糖蛋白,可以与转录因子和RNA聚合酶II的保守多亚基结合形成复合体,促进转录因子的转录起始。Bo3g002080的基因序列全长972bp,含有2个外显子和1个内含子。白绿花斑叶突变体‘JC007-2B’中的Bo3g002080基因第二外显子上有G→A和C→T的2个碱基替换和一个碱基插入,其中,第395th碱基G→A的突变引起保守结构域内的132th氨基酸由精氨酸(Arg,AGA)突变为赖氨酸(Lys,AAA),碱基C的插入造成移码突变导致第179th氨基酸由赖氨酸(Lys,AAG)突变为谷氨酰胺(Gln,CAA)并导致第195个密码子变成终止密码。Bo3g002080在叶片中高表达,其表达量是根部的209倍;转色期(S2)表达量是绿叶期的2158.85倍;在花斑叶时期白色区域的表达量是绿色区域的26.91倍。
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