两个新的水稻叶色突变体形态结构与遗传定位研究

中国农业科学 2010,43(2):223-229Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2010.02.001两个新的水稻叶色突变体形态结构与遗传定位研究张力科1，李志彬2，刘海燕1，李如海2，陈满元1，陈爱国2，钱益亮1，华泽田2， 高用明1，朱苓华1，黎志康1,3（1中国农业科学院作物科学研究所，北京 100081；2辽宁省稻作研究所，沈阳 110101；3 International Rice Research Institute, DAPO Box7777,Metro Manila, Philippines）摘要：【目的】对2个新的水稻叶色突变体进行形态结构与遗传分析，并且初步定位这2个突变基因。

【方法】在水稻育种材料中分别发现了一株白色条纹叶突变体和一株黄叶突变体，经多代自交已形成稳定的突变系。

对突变体的主要形态特征与叶绿素组分等进行分析，观察叶绿体的超微结构，并以这2个突变系杂交产生的F2群体作为定位群体，应用SSR标记对突变基因进行初定位。

【结果】与其野生型相比，白色条纹叶突变体的单株穗数减少12.86%，生育期延长11.27%，黄色叶突变体的株高降低31.08%，千粒重减少14.55%，生育期延长17.86%，并且2种突变体的叶绿素含量都显著低于其野生型。

电镜观察结果表明：2种突变体的类囊体结构异常，与野生型水稻相比，黄色叶突变体的类囊体片层数变少，白色条纹叶中条纹部分的类囊体片层结构几乎消失，正常绿色部分的类囊体结构没有变化。

遗传分析表明：这2种突变性状均受1对隐性核基因控制，位于不同染色体上，将突变基因暂时命名为st9(t)(stripe)、chl12(t) (chlorophyll-deficit)。

将st9(t)定位到第一染色体短臂最末端，与分子标记RM1331相距9.6 cM，且与标记RM3252等共分离；将chl12(t)定位到第三染色体短臂，与分子标记RM411、RM8208之间的遗传距离分别是1.2、5.1 cM。

【结论】发现了2个叶色突变新基因，为下一步的基因克隆与功能分析奠定了基础。

关键词：水稻；白条叶突变体；黄色叶突变体；遗传分析；基因定位Study on Morphological Structure and Genetic Mapping of TwoNovel Leaf Color Mutants in RiceZHANG Li-ke1, LI Zhi-bin2, LIU Hai-yan1, LI Ru-hai2, CHEN Man-yuan1, CHEN Ai-guo2, QIAN Yi-liang1, HUA Ze-tian2, GAO Yong-ming1, ZHU Ling-hua1, LI Zhi-kang1,3(1Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081; 2Liaoning Rice Research Institute, Shenyang 110101; 3International Rice Research Institute, DAPO Box7777, Metro Manila, Philippines)Abstract: 【Objective】 The objective of this study is to analyze the morphological structure, chlorophyll components, chloroplast ultrastruture and map genes underlying the two novel leaf color mutants in rice. 【Method】A white stripe leaf mutant and a yellow leaf mutant were found in rice breeding materials. The main agronomic character and chloroplast ultrastructure of the mutants were observed. The mutant genes was mapped with SSR markers and F2 mapping population of the cross between the two mutant lines. 【Result】Compared to their wild-type, the panicles per plant of the white stripe leaf mutant decreased by 12.86%, and the growth duration increased by 11.27%; the plant height of yellow leaf mutant decreased by 31.08% and the growth duration increased by 17.86%, and the photosynthetic pigment contents of both mutants were significantly lower than their wild-type. The result of electron microscope observation showed that the grana structures were unnormal in both mutants. The genetic analysis indicated that the white stripe leaf mutant was controlled by a recessive nuclear gene located on the tip of the short arm of rice收稿日期：2009-05-15；接受日期：2009-06-12基金项目：国际先进农业科学技术计划（“948”计划）项目（2006-G1(A)）作者简介：张力科，硕士研究生。

共同第一作者李志彬，硕士研究生。

通信作者高用明，研究员，博士。

E-mail：irriygao@。

华泽田，研究员，博士。

E-mail：hzetian@224 中国农业科学43卷chromosome, 9.6 cM from marker RM1331, named st9(t)(stripe) here, and the yellow leaf mutant was controlled by another recessive nuclear gene, mapped on the short arm of rice chromosome 3, within the interval between markers RM411 (1.2 cM) and RM8202 (5.1 cM) named chl12(t) (Chlorophyll-deficit). 【Conclusion】The two novel mutant genes were mapped, which laid a good foundation for fine mapping, cloning and functional analysis of the mutant genes.Key words: rice; white stripe-leaf mutant; yellow-leaf mutant; genetic analysis; mapping0 引言【研究意义】水稻叶色突变是一种比较常见的突变性状，突变基因往往直接或间接影响叶绿素的合成和降解，从而影响水稻光合作用，造成植株减产甚至死亡。

通过叶色突变体来定位和克隆与水稻光合作用相关的新基因，并研究其功能，对阐明光合调控机制和利用基因工程提高水稻的光合能力，培育高光效水稻，从而增加水稻产量具有重要的理论意义和应用价值。

另外，水稻叶色突变体还可以作为一种标记性状应用于杂交水稻种子生产[1]。

【前人研究进展】叶绿素突变的研究开始较早，在20世纪30年代就有报道，迄今已在水稻[2]、大豆[3]、玉米[4]、大麦[5]、小麦[6]、番茄[7]、烟草[8]等很多植物上均发现了叶绿素突变体。

有关水稻叶色突变体的遗传分析和分子定位，国内外有较多报道。

已有研究表明，水稻叶色突变性状多受1对隐性核基因控制[9-18]。

而由显性基因控制或是细胞质基因控制的叶色突变性状非常少见[19-20]。

水稻叶色突变基因在染色体上的分布比较广泛。

目前，第1—8、10及11号染色体上都发现了叶色突变基因。

迄今，国内外已经报道了大约70个水稻叶绿素合成缺陷突变基因[21]。

【本研究切入点】本研究利用在育种材料中发现的2个新的水稻叶色突变体，对其进行遗传分析、主要农艺性状的考察和生理形态的观察。

【拟解决的关键问题】对控制突变性状的基因进行定位，为相关基因的克隆、基因功能研究及育种应用奠定基础。

1 材料与方法1.1 供试水稻材料水稻白色条纹叶突变系是在（珍珠粳/8467//辽粳294///B9）后代中选育的保持系95B中分离出来的突变体，经多代自交已经育成稳定的白色条纹叶材料，定名WG206，其野生型姊妹系定名为G206。

黄色突变系是在2002年在秋光/Y16B后代中选择的061Z138分离出来，经多代自交已形成稳定的突变系，定名为YZ138，其野生型姊妹系定名为Z138。

1.2 主要农艺性状考察与遗传分析WG206柱头小，不外露，异交率极低。

为了更好地在育种上应用，可以通过与高柱头外露材料杂交来培育WG高柱头外露材料。

笔者用白色条纹突变体WG206与高柱头外露材料G99B、G60杂交，在沈阳种植。

同时，为了提高基因定位的效率，用WG206与黄色突变体YZ138杂交，在北京种植。

田间管理同一般大田管理。

调查突变株系的株高、生育期等主要农艺性状，并对各杂交组合的F1、F2群体的叶色分离比进行统计分析。

1.3 叶绿素含量的测定分蘖期时，在相同叶位取突变株和其野生型姊妹系的叶片，剪成2—3 mm细丝，在60—65℃下用95%的乙醇浸泡0.5—1 h，然后用分光光度法进行叶绿素含量的测定[22]。

1.4 突变体电镜观察扫描电镜观察：灌浆期取突变株和其野生型姊妹系的叶片，剪成0.5 cm×1 cm的矩形小块，放入3%的戊二醛固定液进行固定，然后脱水、干燥、喷漆，最后用扫描电镜（日立S-570）进行叶片横切观察。