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本文涉及两项研究内容,即Fd-GOGAT的功能分析及白条纹突变体K170的基因定位。水稻的类病斑突变是在没有病原菌侵染的条件下自发产生病斑,病斑的形成与细胞发育、凋亡和植物的抗病抗逆的防卫反应密切相关。本研究第一部分以类病斑突变体sp132(spott leaf 32)为研究材料,在获得候选基因的基础上对Fd-GOGAT进行功能研究,发现其通过抑制光呼吸,影响了突变体细胞中的氧化还原状态,导致突变体中产生了氧化胁迫。主要研究结果如下:1.与野生型相比,突变体在五叶期开始出现坏死斑,首先出现在基部叶片,然后开始向上蔓延,分蘖期到抽穗期病斑最严重,病斑的形成受光诱导。分析叶绿体的超微结构发现,突变体出现了早衰。突变体spl32中,病斑的自发产生激活了植物的防卫反应,一些病程相关基因表达上调,同时在氧化胁迫下,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的酶活性增加。2.导致病斑发生的基因为Fd-GOGAT,Fd-GOGAT在同化光呼吸释放的氨的过程中发挥重要的作用,与高粱和玉米的Fd-GOGAT同源性最高,主要在幼叶中表达,并且其表达随着病斑严重程度而变化。3.Fd-GOGAT在水稻的光呼吸中发挥着重要的作用,spl32突变体中Fd-GOGAT基因的突变,导致体内GOGAT的酶活性与野生型相比降低了 12.4%,从而光呼吸速率下降。光呼吸的产物甘氨酸是合成谷胱甘肽的重要原料,突变体spl32中甘氨酸含量降低导致谷胱甘肽的合成受阻,细胞中的氧自由基不能及时清除,导致细胞中积累了大量的活性氧,最终叶片上形成了坏死斑。4.突变体spl32叶片中的很多游离氨基酸含量比野生型降低,说明Fd-GOGAT在氨基酸代谢中发挥着重要的作用。NADH-GOGAT2在非光呼吸的条件下发挥重要的作用,突变体spl32的光呼吸受到抑制,表型最严重时NADH-GOGAT2的表达量比野生型提高了 60倍,则NADH-GOGAT2可能弥补了部分Fd-GOGAT的功能,但不能完全取代Fd-GOGAT的功能。叶片是植物进行光合作用的场所。水稻的叶色变异往往会导致叶绿素的含量降低且影响叶绿体的合成及发育,影响光合作用,最终导致产量下降。本研究第二部分以白条纹突变体K170为材料,通过对其进行遗传分析,明确了白条纹这一性状的遗传特性,并进行了基因的精细定位及候选基因的预测,主要研究结果如下:1.与野生型相比,突变体中苗期叶片表现为白条纹,分蘖期转绿,苗期的叶绿素含量降低,分蘖期接近野生型。透射电镜分析发现,突变体中正常的叶绿体和不正常的叶绿体都存在。2.突变体K170的白条纹突变性状为单隐性核基因控制,通过对K170×南京11(籼稻品种)的F2和F2:3群体进行初定位,将基因定位在第3条染色体长臂87.4cM和91.1cM之间,两者相距3.7cM。进一步设计InDel标记,最终将基因定位在94kb区间内,共有8个候选基因。3.通过对叶绿体合成发育及光合系统基因的表达发现,光合系统的基因表达下调,而叶绿体合成及发育基因表达上调。