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叶绿素是植物叶绿体内参与光合作用的重要色素。叶绿素的生物合成是一个相当复杂的过程,当植物基因组的某些位点发生变异时会影响叶绿素的代谢,从而导致叶色发生改变。水稻叶色突变体不仅是研究高等植物的光合作用、叶绿素的生物合成和遗传分化等的重要材料,而且可以作为标记性状在水稻杂种优势中利用。因此,水稻叶色突变基因的发掘、研究和利用一直受到人们的重视。部分水稻叶色突变体除了叶色表型发生变异外,穗色也发生突变,表现为白穗。但目前为止关于白穗表型的报道还比较少。
本实验中,从水稻品种日本晴T-DNA插入突变体库中发现一份温敏叶色突变体T8408,研究了该突变体的形态特征,生理特性及叶绿体超微结构,利用其与正常绿色的原始亲本日本晴的杂交F1、F2代分析了该白化性状的遗传行为,并与籼稻品种IR36杂交构建定位群体,对该白穗基因进行了精细定位,将该基因暂时命名为wp3,并对定位区段内的候选基因进行了预测。主要结果如下:
1.温敏叶色突变体T8408的表型特征为在苗期基部叶片表现白化,而到分蘖初期白化现象仍停留在基部,表现为白色条纹,从分蘖期中后期始整株叶片逐渐变为白色条纹状,抽穗期时整个穗部也表现为白色,到灌浆后期籽粒逐渐成熟的过程中,表型逐渐转为正常。
2.对不同温度下野生型和T8408的叶绿素含量测定表明,而随着温度的升高,白化现象明显增强。在20℃,25℃条件下白化现象就仅出现在第一片完全叶的叶鞘和叶片,在30℃条件下,白化现象还出现在以及部分单株的第2片叶的叶缘,在35℃条件下生长的突变体整株幼苗均出现白化表型。表明该突变基因的表达是受温度调控的,在高温条件下表达增强。
3.通过透射电镜对叶绿体的超微结构进行观察发现,突变体的叶绿体内部结构已明显发生了变化,部分细胞中仍含有较正常的叶绿体,但基粒数目相对较少,出现中空的泡状结构,且每个基粒的片层数目较少,结构疏松；而在有些细胞中已经观察不到片层结构,而在基质中出现了大量囊泡状的结构和一定数量的嗜锇体,表明同一叶片的不同细胞的类囊体膜系统发生了不同程度的退化。
4.将T8408与日本晴构建正反交杂交组合,其F1代的叶色均表现为正常绿色,表明该突变是由隐性核基因控制的；F2群体中出现正常绿色植株和白化植株的性状分离,分离比符合3:1的分离比,表明该突变是由单基因控制的。由于该突变体同时表现出白穗和白化叶的表型,表明该基因具有一因多效性。
5.利用T8408与籼稻品种IR36杂交组合衍生的F2代分离群体的269个极端隐性单株对wp3进行初步定位,结果将该基因定位于第8号染色体的长臂,且距离着丝粒约6.4cM。通过扩大群体和自行设计一系列Indel标记进一步精细定位,最后将基因定位于Indel5和Indel6之间的161kb的范围内。