全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2010, 45 (4): 451–459, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3969/j.issn.1674-3466.2010.04.008

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收稿日期: 2009-03-31; 接受日期: 2009-05-14
基金项目: 863计划(No.2006AA100109)和“十一五”国家科技支撑项目(No.2006BAD19B0203)
† 共同第一作者。
* 通讯作者。E-mail: gaojian@icbr.ac.cn
菲白竹组培苗白化、绿化突变体的超微结构及
15个叶绿体编码基因的表达
袁丽钗†, 李雪平†, 彭镇华, 高健*
国际竹藤网络中心国家林业局竹藤科学与技术重点实验室, 北京 100102
摘要 以菲白竹(Pleioblastus fortunei)组培苗绿化突变体及经60Co γ射线辐射获得的白化突变体为实验材料, 从生长特性、
超微结构及15个叶绿体编码基因的拷贝数及转录水平方面进行了研究。结果显示, 白化突变体具有分化不定芽和不定根的
能力, 其叶肉细胞中叶绿体缺失或结构不完整, 基因拷贝数与野生型无明显差异, 部分基因转录水平低于野生型, psbA基
因的转录水平高于野生型。绿化突变体叶色一致且能稳定遗传, 与野生型绿色组织细胞的超微结构相比, 其叶绿体基粒片
层数量少, 结构松散, 基因拷贝数低或相当于野生型, 多数叶绿体编码基因转录水平较野生型呈下调趋势, atpI基因转录水
平高于野生型。psaA基因在两种突变体中均不表达, 仅在野生型中有微弱表达。
关键词 叶绿体基因, 基因表达, 突变体, 菲白竹, 超微结构
袁丽钗, 李雪平, 彭镇华, 高健 (2010). 菲白竹组培苗白化、绿化突变体的超微结构及15个叶绿体编码基因的表达. 植物
学报 45, 451–459.
叶绿体突变是植物界中发生频率相对较高的一
种突变类型, 其最明显的特点是叶色发生变异。目前
在水稻(Oryza sativa)、大豆(Glycine max)、玉米(Zea
mays)、大麦 (Hordeum vulgare)、番茄 (Solanum
lycopersicum)、油菜(Brassica campestrics)和烟草
(Nicotiana tabacum)等很多植物中均有关于叶绿体
突变的报道(Oki et al., 1997; Eckhardt et al., 2004)。
突变体从表型上可分为白化、黄化、淡绿、深绿、常
绿、条纹和斑马等(徐培洲等, 2006)。叶色突变体的
来源十分广泛, 包括自发突变、人工诱发突变、插入
突变和基因沉默突变。叶色突变体的种类繁多, 不同
叶色的突变遗传规律相差很大, 可能是数量性状, 也
可能是质量性状; 可能是细胞核遗传, 也可能是细胞
质遗传(何冰等, 2006)。叶色突变的分子机制较为复
杂, 因为叶绿素生物合成、降解涉及许多基因(包括核
基因、叶绿体基因以及线粒体基因), 其中任何一个基
因发生突变都可能导致叶色突变的发生。此外, 植物
抗病信号转导和叶绿体发育相关基因的突变、血红素
代谢途径基因的突变及编码其它叶绿体蛋白基因的
突变都会直接或间接影响叶绿体的代谢途径, 从而引
起植物体内叶绿素含量的变化, 最终导致叶色发生突
变(邢才等, 2008)。通过对叶色突变体的研究, 可以分
离、鉴定大量参与叶绿素合成的基因, 以及与质体发
育和分化(Babiychuk et al., 2003)、质体翻译(Schulte
et al., 2000)、蛋白输入(Reinbothe et al., 2005)、光
合 功 能 (Motohashi et al., 2003) 和 叶 片 衰 老
(Vincentini et al., 1995)有关的位点。同时缺乏光敏色
素生色团的叶色突变体不仅可用于研究血红素对叶
绿素合成的调节作用, 也是研究高等植物光形态建成
的理想材料(Fankhauser and Chory, 1997; Terry,
1997)。目前叶色突变体已广泛应用于基础研究和生
产实践, 不仅可以作为标记性状应用于良种繁育和杂
交育种, 还可以作为优良种质资源, 如利用常绿突变
体提高生物产量, 用叶色突变体培育观赏植物等, 在
植物发育研究和提高观赏植物经济性方面发挥十分
重要的作用(邢才等, 2008)。
菲白竹(Pleioblastus fortunei)是竹亚科(Bamb-
usoideae)苦竹属(Pleioblastus)小型竹种, 高20 cm,
·研究报告·
452 植物学报 45(4) 2010
秆径约1 mm, 叶面上有白色或淡黄色纵条纹, 菲白
竹即由此得名。菲白竹以其独特的绿白二色叶、优美
矮状的株型、纤细的竹秆, 被广泛应用于园林地被、
盆栽、假山及大型山水配置中。本实验室在开展菲白
竹组织培养及诱变育种时, 将继代培养3年的菲白竹
组培苗进行60Co γ射线辐射, 结果产生大量白化苗突
变体。而未经辐射处理的组培苗部分植株在芽丛中产
生另一种芽变, 原有的绿白相间的条纹消失, 叶片变
为全绿色, 称之为绿化突变体。对同一来源的植物,
叶片同时发生白化及绿化两个完全相反方向的突变
还少有报道和研究。本文对菲白竹组培苗白化和绿化
突变体的生长特性、超微结构及其叶绿体编码基因的
拷贝数及转录水平的差异进行了半定量PCR检测 ,
以期探明实验中出现的白化及绿化突变体的遗传特
性以及产生的原因。
1 材料与方法
1.1 植物材料与培养条件
产生绿化突变体及用于60Co γ射线辐射处理的菲白竹
(Pleioblastus fortunei (Van Houtte) Nakai)组培苗由
本实验室保存, 继代时间为3年。突变体及野生型组
培苗所用的继代培养基为 MS + 2.0 mg·L–1 6-BA + 2
mg·L–1 ZT + 0.02 mg·L–1 IBA, 附加30 g·L–1蔗糖和7
g·L–1琼脂, pH值为5.8。培养温度24–26°C, 光量子通
量密度为37 μmol·m–2·s–1, 光照时间为每天14–16小
时。
1.2 绿化突变体
在继代培养3年的菲白竹组培苗基部产生一种芽变,
其原有的绿白相间的条纹消失, 叶片变为全绿色, 称
之为绿化突变体。
1.3 60Co γ射线辐射与白化突变体的获得
辐射处理实验在北京师范大学低能辐射中心完成。照
射剂量分别为0(对照)、5、10、15、20、25、30、
35和40 Gy。每个剂量处理20瓶, 每瓶3株, 设3次重
复, 剂量率为1.9 Gy·min–1。
1.4 超微结构观察
分别将菲白竹绿化、白化突变体及野生型的绿色组织
和白色组织的叶片切成长3–4 mm、宽1–2 mm的细
条, 放入2.5%戊二醛中固定, 0.1 mol·L–1磷酸缓冲液
冲洗, 1%锇酸固定, 再用0.1 mol·L–1磷酸缓冲液冲
洗。30%、50%、70%、80%、90%、100%丙酮系
列脱水 , 用环氧树脂SPURR进行包埋 , 聚合后用
LEICAUC6i型切片机超薄切片, 醋酸双氧铀及柠檬
酸铅双重染色, 在JEM-1230透射电镜(加速电压80
kV)下观察并照相。
1.5 DNA、RNA的提取及cDNA的合成
采用改良CTAB法提取菲白竹野生型、绿化及白化突
变体无根试管苗的基因组DNA。采用Trizol法提取
RNA。按照Promega反转录试剂盒(Cat.No.a3500)
的操作说明合成cDNA。
1.6 DNA及cDNA的半定量PCR分析
根据电镜观察的结果, 选择了15个由质体编码的基
因, 并分别设计引物, 进行PCR及RT-PCR扩增。扩
增条件: 94°C 4分钟; 94°C 30秒, 52°C 30秒, 72°C 1
分钟, 共30个循环。以actin为内参基因进行半定量
PCR分析, 每个实验重复3次。引物序列见表1。其中,
atpB、atpH和atpI分别编码ATP合成酶CF1的β亚基、
CF0的亚基III及CF0的70 kDa疏水蛋白(Foa); petA和
petD属于细胞色素b6/f复合物基因, 分别编码细胞色
素f及b6/f复合体的亚基IV; psaA编码光系统I(PSI)作
用中心A1蛋白; psbA、psbB、psbC、psbD及psbE
分别编码光系统II(PSII)作用中心蛋白D1、CP47、
CP43、D2及细胞色素b559α亚基, 以上基因与光合
作用过程有关。rpl2编码核糖体大亚基的多肽2, 与叶
绿体基因的表达有关; ndhC、ndhE和ndhG分别编码
NAD(P)H醌氧化还原酶亚基3、4L和6(何培民和张荣
铣, 2000; 陈晓亚和汤章诚, 2007)。所有引物均由上
海生物工程技术公司合成。
2 结果与讨论
2.1 突变体的表型及遗传特性分析
选取生长状态一致的菲白竹组培苗(图1A), 进行低剂
量的60Co γ射线辐射。1个月后经10、15和20 Gy辐照
处理的组培苗从基部分化出大量的白化苗(图1B)。随
着时间的延长白化芽和野生型芽分化出不定根。待白
袁丽钗等: 菲白竹组培苗白化、绿化突变体的超微结构及 15个叶绿体编码基因的表达 453
表1 PCR和RT-PCR中所用的引物
Table 1 The sequences of primers for genomic-DNA PCR and RT-PCR
Name of gene amplified Forward (5′–3′) Reverse (5′–3′)
atpB ACCAATCCTACTACTTCTCG CTTCAATTTGTTCTCCTCTTC
atpH AATTGCTGCTGCTTCCGTT TCGCAAATAAAAGCGCCAGT
atpI CCGTGTTCCATTAAAACACTC ACCCTCCATGGATTCACCTAT
ndhC GTTTCTGCTTCACGAATATG ACCATTCCAAGGCTCCTTTT
ndhE GATGTTTGAGCATGTACTTT TTAGATTGATTGATACGAG
ndhG CCTGGGCCAATACATGAAATT TTGCCGAGCCATAGTAATTG
petA ACTTTTTCTTGGGTAAAGGA TCGTACAATTGAACCTTTTCA
petD ACCTGACTTAAACGATCCTG GTTAAGGATTTTTCAATGGG
psaA TCGCCGGAACCAGAAGTAAAA TTCTCGCTAAGAAGAATGCCC
psbA GCAATTTTAGAGAGACGCGA TGGAACTTCAAGAGCAGCTA
psbB ATGGGTTTGCCTTGGTATC GTTGGATCTCCACGTTTTTG
psbC TATTCCCTGAGGAGGTTCTA TCATGTAAAGAACAGGCTCCA
psbD TGACTATAGCCCTTGGTAGA ACGTGGTAGAACCTCCTCAGG
psbE ATGTCTGGAAGCACGGGAAGAA GGATCTACTAAATTCATCGAG
rpl2 TACAAAACACCTATCCCCGAG ACGGCGACGAAGAATAAAAT
actin CCTCTCGCTGTATGCCAGTG GTCCACGTCACACTTCATGATG


化芽丛长至2–3 cm时, 将之从母株上分离并继代培
养, 白化芽能分化出新的白化芽。如果不及时进行继
代培养, 白化苗基部能产生不定根(图1B, D)。继代的
白化苗随着继代次数的增多其分化能力逐渐降低, 继
代3次后叶片开始出现褐化(图1C)。以上结果显示, 菲
白竹白化突变体不仅可以重新分化出新的不定芽, 还
可以产生不定根, 说明经60Co γ射线辐照产生的白化
苗, 虽然叶绿素合成受阻, 但细胞的分化能力并未完
全丧失。
绿化突变体是菲白竹组培苗在长期继代过程中,
偶然间从芽基部产生的芽变, 原有的绿白相间条纹状
叶片转变为全绿色叶片(图1E)。将突变芽从母株上分
离进行单独继代培养, 结果未发现绿色叶片恢复绿白
相间的条纹性状; 如果继代间隔延长, 从芽基部可以
长出不定根(图1F)。
菲白竹是常见的二色观叶植物, 自然界中类似菲
白竹的彩叶竹类植物很多, 其中铺地竹(Pleioblastus
argenteastriatus) 、 白 纹 阴 阳 竹 (Hibanobambus
tranguillans f. shiroshima)、白纹维谷笹(P. glabra f.
alba-striata)、菲黄竹(P. auricoma)、黄条金刚竹(P.
kongosonensis)和花叶唐竹 (Sinobambusa tootsik
var. luteolo-albo-striata)等皆有二色现象。本研究结
果显示, 长期继代培养的菲白竹组培苗不仅能自发产
生绿化芽变, 经低剂量60Co γ射线辐照后还可产生大
量的叶色突变体, 尤其是白化突变体。推测菲白竹组
培苗发生两极突变的原因可能与其自身的遗传特性
及长期继代培养因素有关。张春霞等(2006)也曾发现,
菲白竹在多次继代后, 尤其是在含高浓度6-BA的培
养基中, 正常生长的芽丛中出现2种叶色变异的芽苗,
一种芽苗的叶片变为全绿, 而另一种芽苗则变为白化
苗。本实验在对菲白竹进行辐射处理的同时, 对多年
继代培养的翠竹 (P. pygmaea)和麻竹 (Dendro-
calamus latiflorus)组培苗也进行了辐射处理, 结果
显示: 深绿叶的翠竹没有出现白化苗, 随着辐射剂量
的增加叶片黄化以致枯死; 麻竹中也仅发现1株白化
苗, 且很快就失去生活力而死去(结果未发表)。这与
菲白竹产生大批量白化苗的现象形成强烈的对比。同
时还发现继代培养不足1年的菲白竹组培苗经同样辐
照后, 很少有白化苗出现, 可见继代次数不同, 菲白
竹组培苗对60Co γ射线辐射的敏感性也不同。
一般来说, 离体器官分化生长时间越长, 体细胞
无性系的变异频率就越高(龚志云等, 2008)。RFLP分
子标记研究显示, 继代培养时间越长, 体细胞无性系
DNA的多态性也越高(Müller et al., 1990)。组织培养
诱导的突变在水稻及很多植物中都普遍存在(Bajaj,
1990), 但人们对其分子机制却了解得很少。目前认
为它们可能与转座因子的活化及转座有关(Larkin
and Scowcroft, 1981; 朱至清, 1991; 路铁刚和孙敬
三, 1997), 而组织培养激活转座子的原因之一可能
是在组织培养过程中基因组的甲基化程度降低(高东

454 植物学报 45(4) 2010


图1 菲白竹白化突变体和绿化突变体的形态特征及不定根发生
(A) 野生型; (B)–(D) 白化突变体; (E), (F) 绿化突变体

Figure 1 Phenotype and rooting of the albino mutants and green mutants of Pleioblastus fortunei
(A) Wild-type plantlet; (B)–(D) Albino mutants; (E), (F) Green mutants


迎等, 2007)。植物体内的可转座元件在正常条件下转
座频率极低(除个别转座子), 但在组织培养、γ射线照
射条件下可被激活。例如随着继代培养时间的延长,
mPing转座子被激活而发生转座, 从而造成染色体结
构的变异(Jiang et al., 2003)。最近的研究表明, 植物
体内不仅存在转座子还存在大量的逆转座子, 无性系
变异可能与逆转座子关系更为密切。Hirochika和
Fukuchi(1992)发现, 在通常情况下Tos10、Tos17和
Tos19逆转座子均无转录活性, 但在组织培养条件
下, 其拷贝数随着培养时间的延长而增加(Hirochika
et al., 1996; 王爱菊和孟祥兵 , 2001; 邢少辰等 ,
2003), 其中Tos17变得异常活跃, 最有可能导致组
织培养中的遗传突变。Hirochika等(1996)对Tos17在
组织培养中转座作用的靶位点进行了分析, 获得了其
参与无性系变异并引发突变的直接证据: 在分析的8
个靶位点中, 至少有4个是编码区, 其它4个也很可能
是编码区 , 因为其中2个也具有转录活性。而控制
Tos17转座活性的重要因子是H3K9组蛋白甲基化转
移酶(SDG714), 它通过调控Tos17位点的组蛋白和
DNA甲基化, 进而调控其转录水平及转座活性(Ding
袁丽钗等: 菲白竹组培苗白化、绿化突变体的超微结构及 15个叶绿体编码基因的表达 455
et al., 2007)。
有些花叶植物栽培一段时间后叶片会变为纯绿
色, 这是花卉生产中存在的一个现象, 其具体变异机
理尚不清楚。但是关于菲白竹由绿白相间的彩色叶片
突变为全绿叶片这一现象, 我们是否可以理解为是一
种返祖现象。诸葛强等(2004)研究发现, 广义青篱竹
属(Arundinaria)的核糖体DNA ITS序列系统树显示,
菲白竹与翠竹亲缘关系极为接近。菲白竹很可能是绿
叶亲本植物在长期进化过程中形成的叶色突变体, 由
于其叶色美观而被人类利用并保存下来。当然这只是
一种推测, 因为目前还没有研究报道其条纹叶片究竟
是如何产生的。已有学者分析, 由部分叶肉细胞缺绿
引起花叶的原因是多种多样的(Tilney-Bassett, 1975;
Connett, 1987), 主要由基因突变、嵌合体、转座和
病毒感染等几种方式引起。核基因(傅汀等, 2005; Yu
et al., 2007)、质体基因(Tilney-Bassett, 1975; Gu-
haMajumdar et al., 2004)和线粒体基因突变(Newton
and Coe, 1986; Newton et al., 1990)以及嵌合体
(Kirk and Tilney-Bassett, 1978)、转座(Naested et
al., 2004)、基因沉默(Hsieh and Goodman, 2005)、
核质互作(Walbot and Coe, 1979; Hagemann, 1986)
都有可能直接或间接造成条纹或叶斑, 此外病毒侵染
也是一个重要原因(周炎等, 1999; 程金水, 2002)。但
是超微结构观察显示, 菲白竹野生型叶片白色部分的
细胞中并没有发现病毒颗粒和寄生真菌, 可见菲白竹
的条纹并非由病毒引起, 很可能受遗传控制。自然条
件下菲白竹叶片上的条纹随着季节转变而变化, 部分
成熟叶片变为全绿色。这种不稳定性也从侧面反映出
菲白竹自身的某些遗传因子处于不稳定状态, 那么经
长期继代的组培苗发生绿化及白化突变从遗传学角
度是不难理解的, 但是如何从分子机制上解释这种现
象还有待深入研究。
2.2 突变体的超微结构分析
利用透射电镜对菲白竹野生型绿色组织、白色组织及
白化和绿化突变体的叶肉细胞进行观察。结果发现野
生型绿色组织叶肉细胞的细胞质含量丰富, 叶绿体呈
纺锤形或长椭圆形, 数量多, 结构完整, 基质片层及
基粒片层清晰可见, 叶绿体中基质物质比较浓厚, 微
体与叶绿体、线粒体紧密相靠, 叶绿体、线粒体结构
发达, 细胞核、核仁清晰(图2A, E)。野生型白色组织
中多数叶肉细胞没有发育正常的叶绿体, 发育不正常
的叶绿体也仅在少数细胞中观察到, 其质体形状小而
细长, 且紧贴细胞壁, 基粒片层消失, 质体基质中含
有囊泡和聚集在一起的嗜锇颗粒, 但双层膜结构和细
胞核完整(图2B, F)。白化突变体叶肉细胞与野生型白
色组织的叶肉细胞有些相像, 质体的形状不规则, 结
构不完整, 没有垛叠在一起的基粒, 主要含有一些
DNA状的物质和聚集在一起的嗜锇颗粒, 少数细胞
中可观察到完整的细胞核; 与野生型白色组织的叶肉
细胞相比, 细胞物质稍微丰富一些, 有的细胞中能观
察到线粒体, 质体数量稍多且发育程度稍高, 但并没
有发育完善的叶绿体, 仅少数细胞含有发育不正常的
叶绿体(图2C, G)。绿化突变体叶肉细胞基质含量少,
叶绿体少且形状近于球形, 叶绿体内基粒片层垛叠松
散、数量少, 相对于野生型绿色组织而言, 其叶绿体
内膜系统不完善, 嗜锇颗粒增多, 细胞内基质物质不
丰富(图2D, H)。
2.3 突变体中叶绿体编码基因的拷贝数及转录水
平分析
从菲白竹野生型、白化及绿化突变体提取基因组DNA
及总RNA, 将RNA反转录成cDNA, 分别以基因组
DNA及cDNA为模板进行PCR检测, 结果见图3。
基因组PCR扩增结果显示, 绿化突变体中atpH、
ndhC、ndhE和psbD基因的拷贝数与野生型相比没有
明显变化, atpB、atpI、ndhG、petA、petD、psaA、
psbB及psbE基因拷贝数低于野生型, 其中atpI、petA
和psaA三个基因拷贝数与野生型的差异更显著。白化
突变体中多数基因的拷贝数与野生型相比没有变化,
其中psbA和atpI两个基因的拷贝数高于野生型。这与
Liu等(2007)对绿竹长期继代培养获得的白化突变体
的研究结果相反, 究其原因可能是由于辐射处理与长
期继代导致白化的机理不同的缘故。研究表明, 叶绿
体突变的表型繁多, 突变位点亦很多, 仅对白化表型
起作用的突变位点就有几百个(黄晓群等, 2005)。尽
管绿化突变体和白化突变体是2个截然不同的突变
体, 产生的原因也不同, 但是二者来自同一外植体,
遗传背景相同。通过比较, 不难发现绿化突变体多数
基因的拷贝数较野生型及白化突变体低, 而白化突变
体除psbA基因的拷贝数明显高于野生型外, 其余基
因的拷贝数与野生型的差异不明显。一般来讲, 高拷
456 植物学报 45(4) 2010


图2 菲白竹突变体及野生型的叶肉细胞超微结构
(A), (E) 野生型绿色组织; (B), (F) 野生型白色组织; (C), (G) 白化突变体; (D), (H) 绿化突变体
(A), (C), (D) Bar=2 μm; (B) Bar=5 μm; (E), (G), (H) Bar=500 nm; (F) Bar=1 μm

Figure 2 The ultrastructure of mesophyll cell from the mutant and wild-type plantlet of Pleioblastus fortunei
(A), (E) Chloroplasts in green sectors of wild type; (B), (F) Plastid in white sectors of wild type; (C), (G) Plastid in albino mutants;
(D), (H) Plastid in green mutants
(A), (C), (D) Bar=2 μm; (B) Bar=5 μm; (E), (G), (H) Bar=500 nm; (F) Bar=1 μm


贝数可以提高基因的转录水平, 白化突变体可能通过
增加psbA基因的拷贝数来提高转录水平 , 以满足
PSII作用中心的需要。
半定量RT-PCR扩增结果显示(图3), 多数基因的
转录水平与其拷贝数呈正相关, 即拷贝数越低, 转录
水平也越低, 但并非所有基因的转录水平和拷贝数均
符合这一规律。绿化突变体中psbA及psbD基因拷贝
数无差别, 但psbD转录水平低于野生型, 而psbA基
因的转录水平则高于野生型; atpI基因拷贝数明显低
于野生型, 但其转录水平与野生型相比无明显差异。
白化突变体中ndhC及psbD两个基因的拷贝数与野生
型无差异, 但转录水平低于野生型; atpI基因拷贝数
高于野生型, 而转录水平却明显低于野生型, 呈下调
趋势。psaA基因在2种突变体中无转录产物, 仅在野
生型中检测到, 可见2种突变体的psaA基因转录均受
到抑制。
从15个叶绿体编码基因的基因组PCR和RT-
PCR扩增结果来看, 白化突变体的多数叶绿体基因
拷贝数较野生型并没有减少, 相反psbA和atpI拷贝数
反而增加; 多数基因的转录水平与其拷贝数呈正相
关, psbA基因相应的转录水平高于野生型, 是唯一表
达上调的基因。可见, 本研究所涉及的15个叶绿体编
码基因在白化突变体中并没有完全缺失, 可能不是造
成白化突变的根本原因, 估计白化苗的产生可能是由
于调控叶绿体基因转录或参与叶绿体生物合成的基
因发生突变造成的, 仅叶绿体基因的表达变化不能决
定植物叶色的变异。全绿突变体叶肉细胞的超微结构
明显不同于野生型绿色组织, 其细胞膜向内发生深度
皱褶, 叶绿体内基粒片层非常松散且很不规则(图2D,
H)。绿化突变体超微结构的变化可能与其多数基因拷
贝数低于野生型有关, RT-PCR扩增结果显示(图3),
除atpI和psbA基因表达上调外, 其余几个基因的转录
水平没有变化或是表达下调。令人费解的是作为光系
统I作用中心的A1基因psaA无转录产物, 这一点和白
袁丽钗等: 菲白竹组培苗白化、绿化突变体的超微结构及 15个叶绿体编码基因的表达 457


图3 菲白竹绿化和白化突变体中叶绿体编码基因的基因组PCR及反转录PCR
WT: 野生型; GM: 绿化突变体; AM: 白化突变体

Figure 3 Genomic PCR and RT-PCR of chloroplast genes in green and albino mutants of Pleioblastus fortunei
WT: Wild type; GM: Green mutant; AM: Albino mutant


化突变体有相似之处。
尽管叶绿体有自己的遗传物质(ct-DNA), 能够独
立于细胞核基因组而决定某些性状的传递, 但叶绿体
基因组编码的蛋白不足100种, 大量的蛋白质仍由核
基因编码, 在细胞质中合成, 而后借助叶绿体外膜上
的异位子转入叶绿体中(Sato et al., 1999)。由于本实
验没有涉及与光合作用相关的核基因, 即使在叶绿体
基因中也没有涉及血红素代谢途径的基因, 因此菲白
竹叶色突变体的产生是否与这些基因相关尚有待
探讨。
致谢 南京林业大学丁雨龙教授惠赠野生菲白竹植
物材料, 张春霞老师在竹子组培技术上给予指导, 特
此感谢！
参考文献
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Ultrastructure of the Albino and Green Mutants of Pleioblastus
fortunei and Expression of 15 Chloroplast Genes
Lichai Yuan†, Xueping Li†, Zhenhua Peng, Jian Gao*
Key Laboratory of Bamboo and Rattan Science and Technology, State Forestry Administration, International Center for
Bamboo and Rattan, Beijing 100102, China
Abstract The albino and green mutants of Pleioblastus fortunei were derived from 60Co γ radiation and long-term pro-
liferation in vitro. To study the ultrastructure of the mutation and gene regulation in the aberrant chloroplasts, we investi-
gated growth characteristics, transmission electronic microscopy data, and copy number of 15 chloroplast-encoded genes
and their expression. The albino mutants showed differentiation ability of the bud and adventitious root. The chloroplasts
of albino mutants were flawed or their anatomy was incomplete in mesophyll cells. Gene copy number did not differ be-
tween the albino and wild-type explants. However, transcription level of most genes was reduced in albino mutants except
that the expression of psbA was increased. The color of leaves of the green mutants showed stable inheritance. The
chloroplast grana lamella quantity of the green mutants was less than that of the wild type, and the anatomy in the
green-sector cells was much looser than that of the wild type. The gene copy number was not higher in green mutants
than in wild-type explants, and the expression of most genes, except atpI, in the green mutants seemed to decline com-
pared with that in the wild type. The expression of atpI was higher in green mutants than in the wild type. Moreover, psaA
was not expressed in the two kinds of mutants and was only weakly expressed in the wild type.
Key words chloroplast genes, gene expression, mutant, Pleioblastus fortunei, ultrastructure
Yuan LC, Li XP, Peng ZH, Gao J (2010). Ultrastructure of the albino and green mutants of Pleioblastus fortunei and
expression of 15 chloroplast genes. Chin Bull Bot 45, 451–459.
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† These authors contributed equally in this paper.
* Author for correspondence. E-mail: gaojian@icbr.ac.cn
(责任编辑: 刘慧君)