全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(10): 16031611 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由山东省现代农业产业技术体系水稻产业创新团队建设项目(SDAIT-01-016-01), 山东省农业良种工程项目(2013-2015)和
山东省农业科学院科技创新重点项目(2014CXZ11)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 周学标, E-mail: 15866620098@163.com
第一作者联系方式: E-mail: lgxrice@126.com
Received(收稿日期): 2015-03-21; Accepted(接受日期): 2015-05-04; Published online(网络出版日期): 2015-06-23.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150623.1359.003.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.01603
水稻黄绿叶突变体 ygl209的遗传分析与目标基因精细定位
李广贤 1 姚方印 2 侯恒军 3 孙召文 1 姜明松 1 朱文银 1 周学标 1,*
1山东省水稻研究所, 山东济南 250100; 2山东省农业科学院高新技术研究中心, 山东济南 250100; 3济宁市任城区农业局, 山东济宁
272000
摘 要: 水稻叶色突变体是研究高等植物光合作用、叶绿体发育和叶绿素代谢的重要材料。从水稻转基因育种材料中
国 91与镇稻 88的 BC4F3后代中分离到稳定遗传的粳型黄绿叶突变体 ygl209, 与野生型亲本镇稻 88相比, 突变体 ygl209
在苗期、分蘖期及抽穗期叶片中叶绿素 a、叶绿素 b和类胡萝卜素含量均显著降低, 其中叶绿素 b降幅最大; 其他农艺
性状中抽穗期、株高、有效穗数、主茎穗总粒数、结实率和千粒重无显著变化。遗传分析表明, ygl209的黄绿叶突变性
状由 1 对核隐性基因控制。应用(ygl209/9311) F2、F3分离群体, 将 ygl209 的叶色突变基因定位于第 1 染色体着丝粒附
近 571.6 kb 的染色体区段内。对区段内与叶绿体发育有关的基因 LOC_Os01g31110 序列测定 , ygl209 突变体中
LOC_Os01g31110 基因的编码区 1390 位(位于第 5 外显子)上碱基由 C 转换成 G, 使编码蛋白序列由丙氨酸(Ala)变成了
甘氨酸(Gly), 推测 LOC_Os01g31110即为 ygl209的候选基因。
关键词: 水稻; 黄绿叶突变体; 遗传分析; 精细定位
Genetic Analysis and Fine Mapping of Yellow-Green Leaf Mutant ygl209 in Rice
LI Guang-Xian1, YAO Fang-Yin2, HOU Heng-Jun3, SUN Zhao-Wen1, JIANG Ming-Song1, ZHU Wen-Yin1,
and ZHOU Xue-Biao1,*
1 Shandong Rice Research Institute, Jinan 250100, China; 2 High-tech Research Center, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100,
China; 3 Agricultural Bureau of Rencheng Distinct, Jining 272000, China
Abstract: Etiolation mutants of rice play an important role in studies on the photosynthesis, chloroplast development, and chlo-
rophyll metabolism in higher plants. A japonica rice mutant ygl209 with yellow-green leaf was identified from the BC4F3 progeny
of the cross between the transgenic variety of Zhongguo 91 and Zhendao 88 with the latter as the recurrent parent. Compared with
the wild-type parent Zhendao 88, the contents of chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoid decreased dramatically in the mutant
ygl209 at the seedling, tillering and heading stages, respectively. In particular, chlorophyll b decreased most significantly. How-
ever, there was no significant change in other agronomic traits, such as heading stage, plant height, number of effective panicles
per plant, number of grains in main stem panicle, seed setting rate and 1000-grain weight. Genetic analysis showed that the yel-
low-green leaf trait of the ygl209 mutant was controlled by one pair of recessive nuclear genes. With F2 and F3 segregation popu-
lations derived from the cross between ygl209 and Zhendao 88, the YGL209 gene was mapped to the centromere region of chro-
mosome 1, with a physical distance of 571.6 kb. We further analyzed the putative candidate genes in the target region through
sequencing. A single base substitution (G1390C) was detected in the coding region of the LOC_Os01g31110 gene, which resulted
in a missense mutation (A348G) in its encoded protein. Bioinformatic analysis predicted that the LOC_Os01g31110 gene is related
to the chloroplast development in rice. Therefore, LOC_Os01g31110 is likely to be the candidate gene of YGL209.
Keywords: Rice (Oryza sativa L.); Yellow-green leaf mutant; Genetic analysis; Fine mapping
叶片是植物光合作用的主要场所 , 光合作用效率与
叶片中叶绿体发育和叶绿素含量紧密相关 , 叶绿体发育
缺陷及叶绿素代谢紊乱, 均可形成典型的叶色突变体。叶
色突变体是开展光合作用、叶绿体分化与发育以及光合色
素代谢机制等基础研究的理想材料。
水稻叶色突变比较常见, 类型非常丰富。迄今, 已发现
1604 作 物 学 报 第 41卷


160 多个水稻叶色突变体, 这些突变体可分为黄化、黄绿、
绿黄、浅绿、绿白、白化、白翠和条纹等多种类型[1]。遗传
分析发现, 水稻叶色突变体多为核基因控制的隐性突变[2-5];
关于细胞质突变及由显性基因或多基因控制的叶色突变体
报道相对较少[6]。叶色突变基因在水稻基因组中分布广泛,
目前已鉴定和定位了 130 多个, 其中部分已被成功克隆[1]。
已克隆的水稻叶色突变基因主要参与叶绿素的生物合成与
降解以及叶绿体的形成与发育等过程。研究发现, GluRs、
OsCHLH、OsCHLD/YGL98、OsCHLI/Chl9、OsDVR、OsPORA、
OsPORB、YGL1、OsCAO1、OsCAO2、CBL 等基因与叶绿
素生物合成有关[7-13], 其突变使叶绿素合成受阻, 突变体叶
片呈黄化、白化等变异类型, 植株生长受抑制; SGR、NOL、
NYC1、NYC3等基因与叶绿素降解有关, 其突变减慢叶片中
叶绿素的降解速度 , 使植株成熟后期叶片持绿 [14-16];
OsCHR4、OsNUS1/V1、V2、OsClpP5、OsPPR1、YSA、OsHAP3A、
OsHAP3B、OsHAP3C等基因与叶绿体发育有关[17-23], 其突
变导致叶绿体发育缺陷或叶绿体功能异常 , 突变体的叶
色呈浅绿、白化、条纹等多种变异类型。
水稻黄绿叶突变体是叶色突变体中的常见类型。根据
叶色变异发生时期, 可将其分为苗期叶色变异型、生育后
期叶色变异型及全生育期叶色变异型 3类。目前发现的水
稻黄绿叶突变体多属于苗期叶色变异型和全生育期叶色
变异型。如: D83和 ygl1为苗期叶色变异型, 其叶片仅在苗
期呈黄绿色, 从分蘖期开始逐渐变绿或恢复为野生型[3,12];
ygl98[24]、ygl7[25]、824ys[26]、ygl80[27]、ygl-2[28]、507ys[29]、
ygl10[30]、ygl4[30]和 ygl(1)[31]均为全生育期叶色变异型, 其
叶片在苗期、分蘖期及生育后期都呈黄绿色, 叶色变异表
型全生育期稳定表达。上述水稻黄绿叶突变体除叶色变淡
外, 多数因叶绿素含量降低, 光合能力下降, 植株生长势
减弱(抽穗期延迟、分蘖减少、株高降低等)。基因定位结
果表明, 水稻黄绿叶突变基因 chl13(t)位于第 2 染色体短
臂[3], ygl98/Chl1/ygl7和 chl11(t)分别位于第 3染色体长臂
和短臂[24-26], ygl1和 ygl80位于第 5染色体长臂[12,27], ygl-2
位于第 6染色体长臂[28], 507ys、ygl10和 ygl4位于第 10染
色体长臂[29-30], ygl(1)位于第 11染色体短臂[31]。
本研究从转基因水稻与常规水稻品种杂交的后代群
体中获得 1 份粳稻黄绿叶突变体 ygl209, 与野生型亲本
(中国 91 和镇稻 88)相比, 该突变体全生育期叶色变淡,
叶绿素和类胡萝卜素含量降低, 抽穗期、株高及产量等性
状无显著变化。ygl209的黄绿叶突变性状呈单基因隐性遗
传, 突变基因被定位于第 1染色体着丝粒附近 571.6 kb区
域内, 区间内与叶绿体合成有关的基因 LOC_Os01g31110
可能是 ygl209的候选基因。
1 材料与方法
1.1 供试材料及田间试验
王爱菊等[32]采用 PIG 基因枪法, 将 Bt 基因(cry1Ab)
连同抗除草剂 bar基因导入粳稻品种中国 91, 自交获得纯
合稳定的转基因中国 91 系(T91)。本实验从 T91 与镇稻
88 杂交并回交-自交(轮回亲本为镇稻 88)的 BC4F3育种群
体中获得一份转基因黄绿叶粳稻突变体, 经多代自交, 突
变体表型稳定遗传, 田间编号为 07-209, 下文简称 ygl209。
将 ygl209分别与其野生型轮回亲本镇稻 88及正常绿叶籼
稻品种 9311 杂交, 在山东济宁播种亲本、F1和 F2, 从苗
期开始观察叶色表现, 并调查突变体 ygl209 及其轮回亲
本镇稻 88 的抽穗期、株高、有效穗数、主茎穗总粒数、
结实率和千粒重等主要农艺性状, 每个样本 3 次重复(小
区), 调查样本数 10株。
1.2 叶绿素和类胡萝卜素含量的测定
在苗期、分蘖期及抽穗期分别选取突变体 ygl209 和
野生型亲本镇稻 88以及杂交组合 ygl209/镇稻 88的 F2分
离群体中黄化苗单株和正常绿色单株各 10 株, 测定植株
叶片的叶绿素和类胡萝卜素含量。从植株主茎的最上部
叶、倒二叶和倒三叶上混合取 0.2 g叶片, 剪碎浸泡在 15
mL的 80%丙酮溶液中, 于 4℃避光浸提 48 h, 中间振荡数
次, 最后定容至 25 mL。用紫外分光光度计(UV-1700)测定
提取液在 663、643 和 470 nm 波长下的吸光值。按照
Arnon[33]的方法计算叶片中总叶绿素(Chl, chlorophyll)、叶
绿素 a (Chl a)、叶绿素 b (Chl b)和类胡萝卜素(Caro)的含量。
Chl a含量(mg g–1) = (12.72 OD663 – 2.59 OD645)V/
1000W
Chl b含量(mg g–1) = (22.88 OD645 – 4.67 OD663)V/
1000W
Caro含量(mg g–1) = (1000 OD470 – 3.27 Chl a – 104
Chl b)V/(1000W*229)
Chl含量(mg g–1) = Chl a + Chl b = (20.29 OD645+8.05
OD663)V/l000W
式中 OD指测定波长下的吸光值; V指叶绿素提取液
总体积(mL); W指材料鲜重(g)。
1.3 突变性状的遗传分析
应用杂交组合 ygl209/镇稻 88和 ygl209/9311的 F2分
离群体对 ygl209 的黄绿叶突变性状进行遗传分析。为了
验证该突变是否由 T-DNA插入引起, 应用浓度为 1 g L–1
的除草剂 Basta溶液涂抹上述 F2群体各单株叶片, 通过叶
色变化对选择标记 Bar基因进行检测。除此之外, 以 Bt-F
(5-GGACAACAACCCAAACATCAAC-3)和 Bt-R (5-GA
ATCCAGGAGAACATAGGAG-3)为引物对群体单株中的
Bt 基因(cry1Ab)进行特异性 PCR 扩增, 预期产物大小为
1368 bp, 25 µL反应体系, 94℃预变性 5 min, 35个循环(94
℃ 1 min、57℃ 1 min、72℃ 1 min), 最后 72℃延伸 10
min, 扩增产物经 1%琼脂糖凝胶电泳, 溴化乙锭染色后紫
外灯下观察。
1.4 突变性状基因定位与候选基因分析
采用 BAS (Bulked segregate analysis)法, 从 ygl209/
9311 的 F2群体中分别选择黄绿叶突变单株和正常绿叶单
株各 10株, 提取各单株的 DNA并等量混合, 构建黄绿叶
突变池和正常表型池; 利用 SSR 标记对分离群体的亲本
第 10期 李广贤等: 水稻黄绿叶突变体 ygl209的遗传分析与目标基因精细定位 1605


进行多态性分析, 然后利用筛选出的多态性标记检测 2个
基因池, 找出与目标基因连锁的标记。
从 ygl209/9311 的 F2群体中选择突变性状的植株(112
株), 应用目标基因的连锁标记对突变基因进行初定位。
根据基因初定位结果, 从 ygl209/9311 的 F2群体中选择目
标基因染色体区段为杂合的单株, 自交后发展 F3 的分离
群体(10 100 株), 从中选择突变性状单株, 对目标基因进
行精细定位。依据 Zhang 等[34]方法计算标记与目的基因
的重组率, 确定目标基因所在的染色体区间。
1.5 候选基因预测
利用水稻基因注释网站(http://rice.plantbiology.msu.
edu/), 对目的基因所在的染色体区段进行候选基因预
测。利用软件 Primer Premier 5.0设计引物, 分段扩增候
选基因的基因组序列 , 将扩增产物送山东省农业科学院
生物测序中心测序, 测序结果经 DNAstar (V5.0)软件分
析和拼接, 同时通过 DNAMAN 6.0.3.99软件进行基因序
列比对。
2 结果与分析
2.1 突变体 ygl209的表型特征
突变体 ygl209与野生型亲本中国 91、转基因株系 T91
及轮回亲本镇稻 88 相比, 其典型特征是突变体的所有叶
片颜色变淡, 全生育期表现为黄绿色(图 1)。突变体植株
的抽穗期、株高、每株有效穗数、主茎穗总粒数、结实率
和千粒重与轮回亲本镇稻 88相比均无显著差异(表 1), 推
测此突变体的叶色变异可能对株高及产量不会产生显著
影响。
2.2 黄绿叶突变体的叶绿素含量
在苗期、分蘖期和抽穗期, 突变体 ygl209的光合色素
含量与对照镇稻 88 相比显著下降, 其中类胡萝卜素含量
减少 15.38%~39.47%, 叶绿素含量减少 29.81%~40.10%
(表 2), 其中叶绿素 b含量降低的幅度较大, 叶绿素 a含量
比野生型亲本减少 12.71%~25.11%, 而叶绿素 b含量减少
大于 50% (53.44%~58.86%), 叶绿素 a含量与叶绿素 b含
量的比值则由野生型亲本的 1.25~1.54增加到 2.28~2.66。
由此推测 , 上述黄化突变性状可能是由光合色素含量下
降引起, 其中叶绿素 b含量的大幅度降低可能起更重要的
作用。
2.3 黄绿叶突变性状的遗传分析
以突变体 ygl209 为母本, 轮回亲本镇稻 88 和籼稻品
种 9311 为父本, 分别配制了杂交组合。表型分析表明两
杂交组合的 F1 均表现正常绿色, 无黄绿叶突变现象; 在
F2 群体中均出现了正常绿色与黄绿叶突变单株的分离 ,
且正常绿色单株数与黄绿叶突变单株数都呈孟德尔的
3∶1理论分离比(2<20.05,1=3.84, 表 3), 说明 ygl209的黄
绿叶突变性状由 1对隐性核基因控制。

图 1 野生型亲本与突变体 ygl209在苗期(A)、分蘖期(B)和抽穗期(C)的植株形态
Fig. 1 Plant phenotype of the wild type parents and the mutant ygl209 at seedling (A), tillering (B), and heading (C) stages
图片左侧均为野生型亲本(深绿色), 右侧为突变体 ygl209 (黄绿色)。
The wild type parents (dark green leaf) and the mutant ygl209 (yellow green leaf) were on the left and right of the photos, respectively.

表 1 突变体 ygl209与其野生型亲本镇稻 88的性状比较
Table 1 Comparison of traits between the mutant ygl209 and its wild type parent Zhendao 88
性状
Trait
ygl209 镇稻 88
Zhendao 88 (CK)
比对照增减
Compared to CK (%)
抽穗期 Heading stage (d) 151±3.5 150±1.9 0.7 (ns)
株高 Plant height (cm) 97±3.5 96±1.8 1.0 (ns)
每株有效穗数 No. of effective panicles per plant 13±2.7 14±3.6 7.1 (ns)
主茎穗总粒数 No. of grains in main stem panicle 141±6.8 136±5.2 3.7 (ns)
结实率 Seed-setting rate (%) 89±3.4 91±2.1 2.2 (ns)
千粒重 1000-grain weight (g) 26.7±0.2 27.0±0.1 1.1 (ns)
ns表示在 P<0.05水平差异不显著。ns: not significant at P<0.05.
1606 作 物 学 报 第 41卷


表 2 突变体与野生型植株中光合色素含量
Table 2 Photosynthetic pigment contents in plants between mutant and wild type plant
生育期
Growth stage
材料
Material
叶绿素
Chl (mg g–1)
叶绿素 a
Chl a (mg g–1)
叶绿素 b
Chl b (mg g–1)
叶绿素 a/b
Chl a/b
β-胡萝卜素
β-Car (mg g–1 )
ygl209 2.19±0.03 1.58±0.00 0.61±0.01 2.61±0.02 0.55±0.01
镇稻 88 Zhendao 88 (CK) 3.12±0.01 1.81±0.01 1.31±0.02 1.37±0.03 0.65±0.00
苗期
Seedling
stage
比 CK增减 Compared to CK –29.81%** –12.71%** –53.44%** 90.51%** –15.38%**
ygl209 2.45±0.01 1.78±0.01 0.67±0.04 2.66±0.01 0.46±0.01
镇稻 88 Zhendao 88 (CK) 3.59±0.00 2.18±0.03 1.41±0.03 1.54±0.01 0.76±0.03
分蘖期
Tillering
stage
比 CK增减 Compared to CK –31.75%** –18.35%** –52.48%** 72.73%** –39.47%**
ygl209 2.36±0.01 1.64±0.03 0.72±0.00 2.28±0.01 0.51±0.01
镇稻 88 Zhendao 88 (CK) 3.94±0.01 2.19±0.00 1.75±0.01 1.25±0.02 0.81±0.01
抽穗期
Heading
stage
比 CK增减 Compared to CK –40.10%** –25.11%** –58.86%** 82.40%** –37.04%**
**表示在 P<0.01水平差异显著。** Significant at P<0.01.

表 3 突变体 ygl209与正常绿色品种杂交 F2的叶色分离
Table 3 Segregation of leaf color in F2 population of the crosses between ygl209 and normal rice
群体
Combination
总株数
Total number of plants
绿叶株数
No. of green plants
黄绿叶株数
No. of yellow green plants
χ2 (3:1)
ygl209/ Zhendao 88 801 609 192 0.453
ygl209/ 9311 433 321 112 0.173

应用除草剂 Basta 溶液涂抹 ygl209/镇稻 88 和
ygl209/9311 的 F2群体各单株叶片, 对选择标记基因 Bar
检测。发现, Basta抗性和黄叶突变性状各自独立分离, 不
存在共分离关系。提取分离群体中黄绿叶突变单株的基因
组 DNA, 以此为模板对 Bt 基因(cry1Ab)进行 PCR 扩增,
结果显示该突变性状与 Bt 基因也不存在共分离关系(图
2)。上述分析表明该叶色突变不是由 T-DNA插入引起的。

图 2 cry1Ab基因的 PCR扩增
Fig. 2 PCR amplification of cry1Ab
M为 1 kb DNA ladder marker; 1~10为杂交组合 ygl209/镇稻 88
和 ygl209/9311的 F2群体中黄绿叶突变单株, 其中 1~3及 6~8来
源于 ygl209/镇稻 88群体, 4、5、9和 10来源于 ygl209/9311群体;
P1~P3分别为 ygl209、镇稻 88和 9311。
M: 1 kb DNA ladder marker; 1–10: the mutant individuals in F2
segregation populations, among them, 1–3 and 6–8 were derived
from cross combination ygl209/Zhendao88 and others (4, 5, 9, and
10) were derived from cross combination ygl209/9311; P1–P3:
ygl209, Zhendao 88, and 9311, respectively.

2.4 黄绿叶突变基因的分子标记定位及候选基因分析
2.4.1 突变基因的分子标记定位 根据McCouch等[35]
构建的水稻 SSR标记遗传图谱, 从水稻 12条染色体上均
匀选取 337个 SSR标记, 对 ygl209/9311的杂交组合亲本
进行 PCR多态性检测, 结果有 71个标记在两亲本间呈现
明显的多态性, 应用这些多态性标记分析黄绿叶突变表
型和正常绿色表型植株 DNA 池的多态性。结果表明, 位
于第1染色体着丝粒附近的标记 RM446在两池间表现出
明显的多态性, 其中黄绿叶池的带型与突变体 ygl209的
带型相同。应用 RM446分析了 ygl209/9311的 F2群体中的
112个突变型单株的基因型, 检测结果显示所有单株的带
型都与 ygl209相同, 说明黄叶突变基因与 RM446紧密连
锁。根据前人构建的水稻遗传和物理图谱[35-36], 在 RM446
两侧又选取了75个 SSR 标记, 其中28个在 ygl209和9311
之间有多态性, 应用这28对多态性标记, 分析了上述112
个突变单株的基因型。经重组分析, 目标基因 ygl209被定
位于 RM10926和 RM11012之间(图3-A)。
次年 , 从 ygl209/9311 的 F2 群体中选择突变基因
ygl209 所在的染色体区段呈杂合的野生型绿叶单株, 自
交发展 F3群体。共种植 F3群体 10 100株, 其中野生绿叶
单株 7605 株, 黄绿叶突变单株 2495 株, 也呈孟德尔的
3∶1 理论分离比例(2=0.475<20.05,1=3.84), 进一步证实
此黄叶突变性状由 1 对隐性单基因控制。应用介于
RM10926 与 RM11012 之间的多态性标记对 2495 株黄绿
叶突变单株进连锁分析, 最终将突变基因 YGL209定位于
着丝粒附近 RM10973和 RM466之间约 571.6 kb的染色体
区段内(图 3-B)。
2 .4 .2 候选基因预测 利用水稻基因组注释网站
(http://rice.plantbiology.msu.edu/), 对 ygl209基因所在区域
的571.6 kb 序列进行候选基因分析。共预测了此染色体
区间内76个编码基因 , 其中47个基因与转座子有关(46
个编码逆转录转座子蛋白 , 1个编码转座子蛋白), 在其
余29个非转座子基因中, LOC_Os01g31110基因预测编码
CRS2-associated factors 1, 该蛋白因子可能参与叶绿体发
第 10期 李广贤等: 水稻黄绿叶突变体 ygl209的遗传分析与目标基因精细定位 1607



图 3 黄绿叶突变体 ygl209基因的分子定位及候选基因预测
Fig. 3 Molecular mapping and candidate genes prediction of mutant ygl209
A: ygl209基因初定位; B: ygl209基因精细定位; C: 预测的候选基因; SSR标记的物理位置来源于 Gramene网站
(http://www.gramene.org/)检索到的数据(2014年 10月)。
A: preliminary mapping of ygl209; B: fine mapping of ygl209; C: candidate genes prediction; the physical positions of the markers were
derived from Gramene (http://www.gramene.org/) on October, 2014.

育(表4)。LOC_Os01g31110基因全长3804 bp, 包含5个外
显子和 4个内含子 , 编码蛋白含有 7 0 1个氨基酸 (图
3-C)。根据 LOC_Os01g31110 的基因组序列, 我们设计了
测序引物(表 5), 对野生型亲本(中国 91和镇稻 88)和突变
体 ygl209 中的 LOC_Os01g31110 的基因组序列进行扩增
并测序。测序结果表明在突变体中 LOC_Os01g31110基因
的编码区有 1处 SNP变异, 即编码区 1390位(位于第 5外
显子)上碱基 C 转换成碱基 G, 此处变异导致编码蛋白的
氨基酸序列第 463位的丙氨酸(Ala)变成了甘氨酸(Gly)(图
4)。LOC_Os01g31110可能是造成 ygl209黄绿叶突变性状
的候选基因。
3 讨论
目前报道的黄绿叶突变基因多数与叶绿素合成有关,
因突变体叶片中叶绿素合成受阻, 叶绿素含量下降, 光合
能力降低, 最终导致突变体生长势减弱。例如, 黄绿叶突
变体 cde1(t)中因谷酰基 tRNA合成酶基因 GluRs突变, 导
致叶绿素生物合成受阻, 植株在高温时叶绿素缺乏, 株高
1608 作 物 学 报 第 41卷


表 4 定位区间内的编码基因及其推测功能
Table 4 Annotated genes and their putative functions in the target interval
基因名称
Gene name
推测功能
Putative function
LOC_Os01g29820.1 Expressed protein
LOC_Os01g29830.1 Expressed protein
LOC_Os01g29850.1 Expressed protein
LOC_Os01g29840.1 No apical meristem protein, putative, expressed
LOC_Os01g29860.1 Expressed protein
LOC_Os01g29890.1 Expressed protein
LOC_Os01g29870.1 Multidrug resistance protein 9, putative, expressed
LOC_Os01g31050.1 Expressed protein
LOC_Os01g31090.1 Expressed protein
LOC_Os01g30970.1 PMR5, putative, expressed
LOC_Os01g31270.1 Annexin, putative, expressed
LOC_Os01g31110.1 CRS2-associated factor 1, chloroplast precursor, putative, expressed
LOC_Os01g31170.1 Expressed protein
LOC_Os01g31140.1 Hypothetical protein
LOC_Os01g31220.1 Expressed protein
LOC_Os01g31210.1 Expressed protein
LOC_Os01g31124.1 Expressed protein
LOC_Os01g31270.1 Annexin, putative, expressed
LOC_Os01g31370.1 Glycosyltransferase, putative, expressed
LOC_Os01g31360.2 Expressed protein
LOC_Os01g31280.1 Expressed protein
LOC_Os01g31310.1 Expressed protein
LOC_Os01g31580.1 BZIP protein, putative, expressed
LOC_Os01g31560.1 Expressed protein
LOC_Os01g31494.1 Expressed protein
LOC_Os01g31470.1 Mov34/MPN/PAD-1 family protein, expressed
LOC_Os01g31570.1 Expressed protein
LOC_Os01g31520.1 Expressed protein
LOC_Os01g31310.1 Expressed protein

表 5 LOC_Os01g31110基因测序所用引物
Table 5 Primers used for sequencing of LOC_Os01g31110
引物名称
Name of primers
引物序列
Sequence of primer (5–3)
LOC_Os01g31110-F1 TACATTCCCGTGTTTGTCTGCTC
LOC_OS01G31110-R1 TCCATCCCCTTCCTTGTTAAAAC
LOC_OS01G31110-F2 ATATTTTGTTATTATACTCACCGATCACC
LOC_OS01G31110-R2 CCTATTTTGGACATTACTCTTGGCT
LOC_OS01G31110-F3 CCACATTAGCCCATCTTCTTGC
LOC_OS01G31110-R3 TGAATCTCATCACTGCTGCCC
LOC_OS01G31110-F4 CATTGTATTGCCAAAGCTCCCT
LOC_OS01G31110-R4 GCTTCGCCGTTCCATATTATTAC
第 10期 李广贤等: 水稻黄绿叶突变体 ygl209的遗传分析与目标基因精细定位 1609



图 4 LOC_Os01g31110的序列及其编码产物差异
Fig. 4 Sequences and the encoded amino acid difference of
LOC_Os01g31110
A: LOC_Os01g31110 编码区的 DNA序列差异;
B: LOC_Os01g31110编码的氨基酸序列差异。
A, B: the variations of LOC_Os01g31110 in the code region and
amino acid sequences, respectively.

变矮, 抽穗延迟[7]; 黄绿叶突变体 oschlh、chl1 和 chl9 因
编码Mg-螯合酶亚基的基因OsCHLH、OsCHLD和OsCHLI
突变, 造成 Mg 螯合酶的活性降低, 类囊体叶绿素合成减
少 , 类囊体膜发育不完全 , 植株生长缓慢 [8-9]; 自然黄化
突变体 OsDVR因编码联乙烯还原酶基因 OsDVR突变, 影
响了叶绿素合成过程中联乙烯叶绿素 a 转化为单乙烯叶
绿素 a, 植株叶片呈黄绿色, 叶绿素含量降低, 植株生长
受抑制[10]; 因编码叶绿素 a加氧酶基因OsCAO1、OsCAO2
和 CBL 突变而产生的突变体也表现叶色淡黄绿色、株高
变矮[13]。本研究中突变体 ygl209全生育期叶色呈黄绿色,
叶片中叶绿素含量下降, 但突变体的抽穗期、株高、有效
穗数、主茎穗总粒数、结实率和千粒重等性状与野生型亲
本相比无显著变化(表 1)。由此推测 ygl209黄绿叶突变体
具有相对稳定的光合机构和较强的光合效率 , 其黄绿叶
性状对水稻其他农艺性状不产生负面影响。若将突变体
ygl209 中的黄绿叶突变基因引入不育系, 其叶色标记可
用于快速准确地鉴定杂交稻种子中的不育系 , 提高杂交
稻种子纯度。YGL209 基因优于其他叶色突变基因, 即该
基因不抑制植株生长, 在杂交稻繁、制种过程中不会对产
量产生较大的负效应, 因此 ygl209 突变基因在杂交稻育
种中将有更好的应用前景。
植物叶绿体为半自主性细胞器 , 影响叶绿体发育的
蛋白由叶绿体基因和核基因共同编码 , 编码叶绿体蛋白
的核基因通过转录、翻译、蛋白加工和运输, 参与叶绿体
结构的形成、光合色素代谢以及叶绿体基因的表达调控等
过程 , 该过程中任何基因发生突变 , 都可能产生叶色变
异。应用水稻叶色突变体, 研究者发现基因 OsNUS1/V1编
码叶绿体蛋白质 NUS1, 参与叶绿体 RNA 的代谢调控[18];
V2 编码一个新型鸟苷酸激酶 GK (pt/mtGK), 控制水稻叶
绿体分化早期质体遗传系统中质体转录本的翻译 [19];
OsClpP5编码叶绿体蛋白酶, 控制水稻特定发育时期正常生
长[20]; YSA 基因编码 PPR 蛋白, 调控叶绿体基因的表达[22];
OsCHR4基因编码一个染色质重构因子(类Mi-2蛋白), 影
响水稻近轴端叶肉细胞叶绿体的发育[17]; NTRC编码水稻
叶绿体 NADPH硫氧还蛋白还原酶, 参与硫氧化蛋白转录
后蛋白质活化 [37]; OsHAP3B 和 OsHAP3C 分别编码
CAAAT-box 结合复合体 HAP3 亚基, 控制叶绿体核编码
基因的表达[23]。本研究中, 黄绿叶突变基因 ygl209 位于
水稻第 1染色体着丝粒区域, 未见该染色体区域有其他叶
色突变基因被克隆的报道, 推测 ygl209 可能是一个新的
叶色突变位点。在 ygl209突变体中, 与叶绿体合成与发育
有关的基因 LOC_Os01g31110 的编码区 1390 位(位于第 5
外显子)上碱基 C 转换为碱基 G, 导致编码蛋白的氨基酸
序列第 463位的丙氨酸(Ala)变成了甘氨酸(Gly)(图 4)。在
玉米和拟南芥中, LOC_Os01g31110的同源基因编码CAF1
(CRS2-associated factors 1)蛋白, CAF1与叶绿体 RNA剪
接蛋白 2 (chloroplast RNA splicing 2, CRS2)形成复合体促
进叶绿体中 II 类内含子剪接 [38-39]。由此推测 , 基因
LOC_Os01g31110是造成 ygl209黄绿叶突变性状的候选基
因, 该基因也可能通过叶绿体中 II 类内含子剪接调控水
稻叶绿体的发育。后续研究将通过基因功能互补试验, 进
一步验证候选基因 LOC_Os01g31110 在水稻突变株中的
作用机制。
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