全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(7): 1223−1230 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家科技支撑计划项目(2011BAD35B02-05)和重庆市攻关项目(cstc2012ggC80002, cstc2010AA1019)资助。
* 通讯作者(Corresponding author)：何光华，E-mail: hegh@swu.edu.cn
第一作者联系方式：E-mail: dgm510630072@163.com
Received(收稿日期): 2012-11-26; Accepted(接受日期): 2013-01-15; Published online(网络出版日期): 2013-03-22.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20130322.1739.018.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.01223
水稻类病斑突变体 spl31的遗传分析与基因定位
代高猛 朱小燕 李云峰 凌英华 赵芳明 杨正林 何光华*
西南大学水稻研究所 / 转基因植物与安全控制重庆市市级重点实验室, 重庆 400716
摘 要: 利用 EMS 诱变水稻籼型恢复系缙恢 10 号, 从其后代中鉴定出一个类病斑突变体 spl31, 该突变体三叶期以
前表型正常, 四叶期后叶片陆续出现黄色斑点, 随着植株的生长, 面积逐渐扩大成边缘黄褐色的病斑, 至成熟时病
斑相互连接成片, 导致叶片坏死。透射电镜结果显示突变体细胞的叶绿体基粒片层堆叠不规则。组织化学分析显示
突变体细胞被染成深蓝色, 呈离散状分布, 说明 spl31 病斑是自发形成的。光合数据显示 spl31 基因突变对病斑叶片
正常部位细胞的光系统 II影响较小。农艺性状分析发现突变体千粒重下降、结实率降低。遗传分析表明, spl31的突
变性状由 1对隐性核基因控制, 该基因被定位于水稻第 12染色体着丝粒附近, 引物 ID104和 ID11之间, 物理距离为
383 kb, 并与标记 ID105共分离。
关键词: 水稻(Oryza sativa L.); 类病斑突变; 程序性细胞死亡; 基因定位
Genetic Analysis and Fine Mapping of a Lesion Mimic Mutant spl31 in Rice
DAI Gao-Meng, ZHU Xiao-Yan, LI Yun-Feng, LING Ying-Hua, ZHAO Fang-Ming, YANG Zheng-Lin, and
HE Guang-Hua*
Rice Research Institute of Southwest University / Chongqing Key Laboratory of Application and Safety Control of Genetically Modified Crops,
Chongqing 400716, China
Abstract: A lesion mimic mutant temporarily designated as spl31 was discovered in the progeny of an excellent indica restorer
line Jinhui 10 with seeds treated by ethyl methane sulfonate (EMS). The mutant phenotype was normal before the three leaf period
but with yellow bad spots on leaves after the four leaf period. Along with the growth and development of the plant, the number of
spots didn’t show significant difference, whereas the lesion area gradually enlarged and developed with tawny margin. As the
spl31 matured, lesion spots interconnected between each other becoming a continuous piece, resulting in leaves’ death. The ob-
servation by transmission electronic microscope (TEM) demonstrated that most grana lamellae in spl31’s chroloplasts were ir-
regularly stacked. Histochemical analysis revealed that deep blue stained cells presented discrete dietilution, illustrating that the
lesion mechanism of spl31 may be spontaneously generated. The photosynthetic data showed that the mutation of spl31 had no
effect on PSII. Furthermore, both 1000-grain weight and seed setting rate of the mutant decreased as compared with the wild type.
Genetic analysis suggested that spl31 was controlled by a single nuclear recessive gene. Nipponbare was crossed with the spl31
and 621 mutational F2 recessive plants were used for gene mapping. And finally, Spl31 locus was mapped on chromosome 12 near
the centromere between ID104 and ID11 with physical distance of 383 kb and co-segregated with ID105.
Keywords: Oryza sativa L.; Lesion mimic mutants; Programmed cell death; Gene mapping
植物斑点叶(spotted leaf)突变体是指植物在没
有遭受病原物侵染或明显逆境条件下在叶片上自发
形成坏死斑的一类突变体, 该斑点类似于病原菌侵
染时产生的病斑, 因此又称为类病变突变体(lesion
mimic mutants), 这类突变大多与过敏反应及细胞程
序性坏死相关, 部分突变体能增强植物抗病性并激
发病程相关蛋白的表达[1-3]。在拟南芥[4]、大麦[5]、
玉米 [6]和花生 [7]等多种植物中均发现了类病斑突
变体。
水稻不仅是世界上最重要的粮食作物之一, 也
1224 作 物 学 报 第 39卷

是重要的单子叶模式植物。目前, 国内外针对自然
诱变或物理化学诱变的水稻叶色突变体进行了大量
研究, 筛选到大量水稻类病斑突变体, 但已克隆的
水稻类病斑基因却为数不多。类病变突变体的表型
丰富多样, 类病斑的颜色、大小以及出现时间在不
同突变体中可能存在差异, 甚至同一突变体在不同
时期也可能不同。有些类病变突变体在整个生长发
育过程中均表现出类病变表型, 而另一些突变性状
则仅仅出现在生长发育的某个阶段。目前已定位了
一些类病变基因, 如 spl28 [8]、spl6 [9-10]定位于第 1
染色体; bl1 [9]、spl2 [9]定位于第 2染色体; bl4 [9]定位
于第 3染色体; RLIN1 [11]定位于第 4染色体; spl7、spl
8[9-10]定位于第 5染色体上; lms1 [12]、lbsl1 [13]、bl2 [9]、
bl3 [9]定位于第 6染色体上; spl5、9 [9-10]定位于第 7染色
体上; OsLSD1 [14]定位于第 8染色体上; spl10[15]、spl18[16]
定位于第 10 染色体; spl11 [17]、spl1 [18]、spl29(t) [19]、
spl30(t) [20]、syl1 [21]、spl(t) [22]定位于第 12染色体上。
水稻类病斑基因 spl7 [23]编码一个热激转录因子
蛋白(heat stress transcription factor protein, HSF), 当
植物受到环境的热胁迫时, HSF 会被热激因子活化,
进入细胞核并与热激蛋白基因的启动子结合, 启动
热激蛋白的表达, 诱导热激应答。Zeng 等[17]通过图
位克隆法鉴定了一个类病斑突变体基因 spl11, 编码
一个 U-box/Armadillo 重复蛋白, 该蛋白具 E3 泛素
连接酶活性, 参与泛素/26S 蛋白酶复合体的降解。
RLIN1[11]表达四吡咯生物合成途径中的一个假定粪
卟啉原Ⅲ氧化酶。OsLSD1编码 143个氨基酸残基的
锌指蛋白, 基因突变能增强突变体的抗性[14]。Qiao
等[8]报道的 spl28编码网格蛋白相关衔接蛋白复合物
1 (Clathrin adapter protein complex 1)介导亚单位 μl,
其功能可能与运输泡形成以及高尔基体与细胞膜间
的物质运输相关。OsAT1是由 T-DNA插入引起的显
性斑点叶基因, 该基因编码 485 个氨基酸残基的酰
基转移酶[16]。Tos17插入日本晴 OsPtila基因, 引起
突变体 ttm1产生类病斑表型[24]。spl5编码一个剪接
因子 3b的亚基 3(splicing factor 3b subunit 3, SF3b3),
该基因可能参与细胞死亡及抗性相关基因的 RNA
剪接过程 [25]。水稻促细胞死亡和抗逆基因
1(OsACDR1)[26]编码一个假定的 RAF-丝裂原活化蛋
白激酶(MAPKKK), 该蛋白具有自磷酸化活性和激
酶活性, OsACDR1 过量表达的植株自发表现出类超
敏反应病变, 且防御基因上调、酚类化合物及次级
代谢产物积累。spl28、OsAT1、ttm1、spl5、OsACDR1
与OsLSD1相似, 其突变均能增强突变体抗性, 但增
强抗性的机制有所不同。水稻 OsEDR1 [27]编码蛋白
与拟南芥 EDR1 (enhanced disease resistance 1)同源,
敲除 OsEDR1 表达的植株自发病变, 使白叶枯病抗
性增强 , 水杨酸和茉莉酸积累而乙烯表达受到抑
制。水稻 OsSL [28]基因编码细胞色素 P450单加氧酶
家族的 CYP71P1蛋白, OsSL催化色胺转变成血清素,
而血清素能诱导防御基因的表达和细胞死亡, 增强
对水稻稻瘟病的抗性, 从而在水稻先天免疫中发挥
重要作用。OsNH1 [29]编码 NPR1 (non-expresser of
pathogenesis related genes 1)同源物, 它可能参与调
节环境胁迫诱发的水杨酸, 该蛋白过量表达组成性
激活防御应答基因, 并能增强植株感光性。由此可
见, 类病斑机理十分复杂, 病变的发生与植物细胞
程序性死亡、抗病生理过程、光信号等相关因子转
导途径及活性氧与自由基的生理生化活动等紧密相
关, 类病变突变体是研究植物过敏反应及细胞程序
性坏死的理想材料, 对揭示植物抗病反应机制、了
解植物细胞程序性死亡等具有十分重要的意义[30-33],
挖掘更多突变体, 克隆更多基因将有助于这一机制
的解析。
我们利用 EMS 诱变水稻缙恢 10 号, 从其后代中
筛选出 1 份稳定遗传的类病斑突变体 , 暂命名为
spl31 (spotted leaf 31)。与野生型相比 , 该突变体
幼苗期表型正常, 四叶期以后表现出褐色斑点, 随着
植株的成熟斑点逐渐扩大, 成熟以后叶片被 斑点铺
满、坏死。本研究报道了该突变体遗传特性、农艺性
状、组织化学分析、基因定位等方面研究结果。
1 材料与方法
1.1 供试材料
EMS化学诱变恢复系缙恢 10号(Oryza sativa L.
ssp. indica), 获得一个类病斑突变体 spl31, 经过多
代连续种植, 突变体表型稳定遗传。以缙恢 10号作
为野生型对照, 利用 621株日本晴/ spl31 F2隐性分
离群体进行遗传分析和基因定位。
1.2 农艺性状
将缙恢 10号和 spl31种植于田间, 每小区 10行,
每行 10 株, 3 次重复, 成熟后分别选择中间两行 10
株, 考查株高、有效穗、每穗粒数、每穗实粒数、
千粒重、结实率。
1.3 细胞结构观察
参照何瑞峰等[34]的方法用透射电镜观察突变体
第 7期 代高猛等: 水稻类病斑突变体 spl31的遗传分析与基因定位 1225


和野生型叶片细胞结构。用戊二醛和锇酸双固定 ,
并用不同浓度梯度乙醇逐级脱水 , 经置换和包埋 ,
超薄切片后 , 以醋酸双氧铀和柠檬酸铅双重染色 ,
H600型透射电镜观察照相。
1.4 突变体的组织化学分析
参照 Bowling 等 [35]方法在四叶期选取具有突
变表型的叶片和野生型对应部位叶片进行台酚蓝
染色。
1.5 叶片净光合速率和叶绿素荧光动力学参数
测定
在抽穗期, 随机选取长势相对一致的单株各 5
株, 利用 LI-6400 型便携式光合作用测定仪在天气
晴朗的上午 8:30开始测定剑叶的光合特性、叶绿素
荧光动力学参数, 重复 3次, 取平均值。叶绿素荧光
动力学参数包括初始荧光(Fo)、PS 最大光能转化效
率(Fv/Fm)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学淬灭系数
(qN)、光下 PSII实际光化学效率(ΦPSII)及表观光合电
子传递速率 (ETR)[36], Fv/Fm=(Fm−Fo)/Fm, qP=(Fm−
Fs)/(Fm−Fo), qN=(Fm−Fm)/Fm, ΦPSII=(Fm−F)/Fm,
ETR =ΦPSII×PAR×0.84×0.50。
1.6 DNA的提取
根据 F2植株表型, 分别选取 10 株正常株和 10
株突变单株, 剪取等量叶片混合, 构建正常基因池
和突变基因池。采用 CTAB 法[37]提取野生型基因池
和突变体基因池 DNA。碱煮法[38]提取用于连锁分析
的 F2代单株 DNA。
1.7 SSR分子标记分析
SSR 标记引物参照 http://www.gramene.org/
microsat, 由上海生工生物工程有限公司合成。PCR
体系 25.0 μL, 包括 2.5 μL 10×PCR buffer, 1.5 μL 25
mmol L−1 MgC12, 1.0 μL 2.5 mmol L−1 dNTPs, 15.5 μL
ddH2O, 2.0 μL 10 μmol L−1引物, 2.0 μL模板 DNA和
1 U Taq DNA 聚合酶。PCR程序为 94℃预变性 3 min;
94℃ 30 s、56℃ 30 s、72℃ 1 min, 35个循环; 72
℃延伸 10 min。PCR产物经 10％非变性聚丙烯酰胺
凝胶电泳分离后快速银染和观察[39]。
1.8 构建遗传图谱
以日本晴为母本、spl31为父本构建 F2分离群体
进行遗传分析和基因定位。选取 F2分离群体的隐性
单株为作图群体。将具有日本晴带型的单株记为 A,
具有 spl31带型的单株记为B, 具有 F1带型的单株记
为 H, 用 Mapmarker3.0分析数据并作图[40]。
2 结果与分析
2.1 spl31形态分析
四叶期前, 突变体 spl31 表型与野生型缙恢 10
号无明显差异。从第 4 叶完全展开至成熟期, 突变
体叶片逐渐表现出黄褐色小块病斑表型, 并由斑点
中心向外缘扩散, 到植株死亡前斑点铺满整个叶片
(图 1-C, D3), 新抽出叶(上部叶片)表现为小的病斑
(图 1-A, B, D2, E), 早抽叶(基部叶片)则病斑相连并
大面积坏死(图 1-C, D3, E), 至成熟期几乎所有叶片
病斑相连坏死(图 1-C, D3), 而颖壳、叶鞘与野生型
一致, 无病斑表型。与野生型植株相比, 突变体植株
可以正常结实, 但结实率显著降低, 同时突变体株
高、每穗实粒数、千粒重等农艺性状也显著降低(表
1), 但其降低幅度并不很大, 结实率降低了 9.86%、
每穗实粒数降低了 21.90%、千粒重减少了 1.1 g。
2.2 spl31的组织化学分析
台酚蓝染色是检测细胞死亡和细胞膜不可逆性
破坏的一种重要的组织学方法, 正常的活细胞胞膜
结构完整 , 能够排斥台酚蓝 , 阻止其进入胞内; 而
丧失活性或细胞膜不完整的细胞, 胞膜的通透性增
加 , 可被台酚蓝染成蓝色 , 因此 , 借助台酚蓝染色
可以简便、快速地区分活细胞和死细胞。从图 2 可
以看出, 野生型叶片没有被染色(图 2-C), 而突变体
则被染成深蓝色斑点(图 2-D), 表明该部位细胞已经
死亡或正处于死亡过程中, 且这些斑点呈现离散状,
说明该突变体表型可能是自发起始的。为了进一步
了解 spl31叶片细胞结构, 进行了电镜观察, 野生型
叶肉细胞的叶绿体基质片层有序排列(图 2-E), 突变
体叶绿体整体形态未发生显著变化, 但基粒片层堆
叠不规则, 片层不同程度地粘连在一起(图 2-F)。
2.3 光合特性及叶绿素荧光动力学参数的测定
由表 2可知, 突变体 spl31的净光合速率、气孔
导度、蒸腾速率与野生型相比有所升高, 但均未达
到显著水平, 而细胞间 CO2 浓度显著高于野生型,
说明该突变对光合特性无显著影响。表 3 进一步显
示, 突变体叶绿素荧光动力学参数与野生型相比有
差异 , 但也均未达到显著水平 , 突变体初始荧光
(Fo)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(qN)、
光下 PSII 实际光化学效率(ΦPSII)、表观光合电子传
递速率(ETR)均高于野生型, 而 PSII 最大光能转换
效率(Fv/Fm)降低, 说明该突变对 PSII无显著影响。
1226 作 物 学 报 第 39卷


图 1 分蘖期、成熟期野生型(WT)和突变体 spl31的植株形态
Fig. 1 Phenotype of the wild type (WT) and the spl31 mutant at the tillering stage and mature stage
A: 分蘖期野生型(WT)和突变体 spl31的植株; B: 分蘖期野生型(WT)和突变体 spl31的倒二叶叶片; C: 灌浆期野生型(WT)和突变体
spl31的植株; D: 灌浆期野生型(WT) (D1)和突变体 spl31 (D2, 3)的叶片; E: 孕穗期突变体 spl31大田局部叶片。
A: plants of the wild type (WT) and the spl31 mutant at tillering stage; B: the second fully expanded leaf of the wild type and the spl31 mu-
tant at tillering stage; C: plants of the wild type (WT) and the spl31 mutant at filling stage; D: the fully expanded leaf of the wild type (D1)
and the spl31 mutant (D2, 3) at filling stage; E: partial leaves of the spl31 mutant in the field at booting stage in the field.

表 1 野生型(WT)和 spl31农艺性状分析
Table 1 Agronomic traits of the wild type (WT) and the spl31 mutant
材料
Material
株高
Plant height (cm)
每穗粒数
Grains per panicle
每穗实粒数
Filled grains per panicle
结实率
Seed setting rate (%)
千粒重
1000-grain weight (g)
WT 115.32±4.23 174.76±9.80 156.60±7.13 88.83±0.69 26.54±0.11
spl31 111.50±3.65* 152.80±10.80 122.30±18.17** 80.07±3.11** 25.44±0.94**
*在 0.05水平上差异显著; **在 0.01水平上显著差异。* Significantly different at P<0.05; ** Significantly different at P<0.01.

2.4 spl31遗传分析
以日本晴与突变体 spl31 杂交, F1表型正常, F2
群体中出现明显分离, 分别表现双亲性状。其中正常
株 1696株, 突变单株 621株。经卡方测验, 正常株︰
突变株符合 3︰1分离比[χ2 = 1.005<3.84 (χ2(0.05,1))]。
表明 spl31受 1对隐性核基因控制。
2.5 spl31的分子定位
在均匀分布于水稻 12条染色体上的 400 多对
SSR标记中, 有 108对在日本晴和 spl31之间显示多
态性。经进一步分析, RM247 在正常基因池和突变
基因池之间表现差异, 推测可能与 spl31 位点连锁,
取 10株正常株和 10株突变株验证, 证明 RM247与
spl31 位点连锁。在 RM247 上下游合成 InDel 引物,
其中有 18对在亲本间表现多态性, 多态性好的标记
是 ID5 (图 3)、ID6、ID8、ID9、ID104、ID105、ID11、
ID16和 ID17 (表 4), 利用 72株突变单株将 spl31定
位于 RM247 和 ID12 之间, 进一步利用 621 株隐性
群体和分子标记, 最终把 spl31基因定位在 ID104和
ID11 之间, 物理距离约 383 kb, 其中与 ID105 共分
离(图 4)。
第 7期 代高猛等: 水稻类病斑突变体 spl31的遗传分析与基因定位 1227



图 2 孕穗期野生型(WT)和突变体 spl31叶片的细胞结构
Fig. 2 Leaf cell structure of the wild type and the spl31 mutant
A, B: 野生型(WT)和突变体 spl31的叶片表型; C, D: 野生型(WT)和突变体 spl31的叶片台酚蓝染色; E, F: 野生型(WT)和突变体 spl31
叶片正常部位叶绿体超微结构
A, B: leaves of the wild type and the spl31 mutant at filling stage; C, D: leaves of the wild type and the spl31 mutant at filling stage stained by
the trypan blue; E, F: chloroplast ultrastructure of normal parts of leaves in the wild type and the spl31 mutant.

表 2 野生型(WT)与突变体 spl31叶片的光合特性
Table 2 Photosynthetic characteristics of spl31 mutants and the wild type
材料
Material
净光合速率
Pn (μmol CO2 m−2 s−1)
气孔导度
Gs (mol H2O m−2 s−1)
细胞间 CO2浓度
Ci (μmol CO2 m−2 s−1)
蒸腾速率
Ti (mol H2O m−2 s−1)
WT 10.5183±0.6118 1.4494±0.2077 345.6661±3.2044 8.7655±0.1579
spl31 12.5750±3.8600 1.9216±1.1585 353.5940±3.3928* 9.0698±0.9604
*在 0.05水平上差异显著; **在 0.01水平上差异显著。
* Significant difference at P<0.05 by t-test; ** Significant difference at P<0.01 by t-test.

表 3 野生型(WT)与突变体 spl31的叶绿素荧光动力学参数
Table 3 Chlorophyll fluorescence kinetic parameters of the spl31 mutant and the wild type
材料
Material
初始荧光
Fo
PSII最大光能转
换效率 Fv/Fm
光化学猝灭
系数 qP
非光化学猝灭
系数 qN
光下 PSII实际
光化学效率 ΦPSII
表观光合电子
传递速率 ETR
Jinhui 10 84.38±33.16 0.81±0.016 0.54±0.06 1.81±0.067 0.24±0.037 106.49±16.41
spl31 128.42±2.72 0.79±0.012 0.55±0.18 2.21±0.37 0.31±0.140 94.70±25.50


图 3 spl31连锁分析
Fig. 3 Linkage analysis of spl31
引物: ID5; A: 日本晴; B: 缙恢 10号; 1~3, 5~17, 19~23: 突变株; 4, 18: 交换株。
Primer: ID5; A: Nipponbare; B: Jinhui 10; 1–3, 5–17, 19–23: the spl31 mutants; 4, 18: recombinant strains.

3 讨论
在植物中已发现大量类病斑坏死突变体, 并已
被广泛应用于研究植物细胞程序性死亡和防御反应
的关键调节基因。引起植物类病斑坏死的原因很多,
一类是环境胁迫因素, 如温度、光照、湿度和养分
等; 另一类是植物体内部基因调控作用的结果, 如
过敏反应、细胞程序性死亡(PCD)等。根据叶斑形成
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图 4 spl31基因在第 12染色体上的分子定位
Fig. 4 Molecular mapping of spl31 on the chromosome 12

表 4 本研究开发的多态性 InDel标记
Table 4 Polymorphic InDel markers developed in this study
标记
Marker
正向引物
Forward primer (5′–3′)
反向引物
Reverse primer (5′–3′)
ID5 AGTGCCACTTCATGGTCTGT AAACCGTCAGAACCCTGC
ID6 CTCACTTTCATAACTTGTCCATACT ACAAGAGTCGAACCATAGCTG
ID8 TAGCTCTTCCCCAGGTTAGAG TTCAAGCTCAAGCAAAGACAA
ID9 GCATGTATCATCATCCATACCA ATGTGGACGCCCATGAAC
ID104 TTCGGCCTCCTTATTACATTC TTTCCGAAAGTAGGTCAGCTT
ID105 TGCGCTATTGAAGTGCATC TTCTCTATTCATACGTTATTGGAAA
ID11 TGTTGACCATGCTGTAACACAT GTACTCTTGAAGTCCTAGATGCACT
ID12 AGGTAGTATTTATACACACATGGCA ATCGGTCCAGATTCATAATACTAG
ID16 TTGATGTCCTTCCAAGCAGA GCACATGAACTACTTATACTGACAAG
ID17 ATATGTGGTATCATGTACTGCCC TCCCAATGCCTCCCAA

的特点, 有的斑点形成会向四周扩散, 有的斑点的
大小和位置相对固定。本研究报道的 spl31突变体斑
点向四周扩散 , 并且叶片细胞会发生自发性死亡 ,
表明 spl31 类病变与程序性细胞死亡(PCD)过程相
关。spl31突变体在四叶期以后陆续出现黄褐色斑点,
随后, 斑点数量没有明显增多, 但斑点面积逐渐扩
大甚至遍及整个叶片, 该突变性状伴随植株整个生
育期至植株死亡。台酚蓝染色后叶片显示离散型深
蓝色斑点, 说明 spl31属于起始型类病斑突变体。农
艺性状分析发现, 突变体千粒重减少 1.1 g, 每穗实
粒数降低 21.9%, 结实率降低 9.86%, 与 spl29(t) [19]
相比千粒重、每穗实粒数、结实率降低的程度不明
显, spl29(t) [19]每穗实粒数和千粒重分别减少 47.32%
和 25.90%, 结实率下降 52.7%。电镜观察发现叶绿
体整体形态没有发生变化, 但是突变体基粒片层堆
叠不规则, 片层不同程度地粘连在一起。光合特性
分析显示突变体净光合速率比起野生型略有升高 ,
叶绿素荧光动力学参数无明显变化, 说明 spl31基因
突变对 PSII 没有影响或影响不大, 这也可能是农艺
性状下降幅度不显著的原因之一。相比而言, 已克
隆出基因的 spl28[8]显著影响了植株叶片叶绿素的含
量和 PSII系统。
由分子标记定位的几十个水稻类病斑相关基因
分布于除第 9染色体以外的其他 11条染色体上。在
第 12染色体上定位了 spl1 [18]、spl11 [17]、spl29(t) [19]、
spl30(t) [20]、syl1 [21]、spl(t) [22] 6个类病斑坏死基因,
其中 spl11 [17]和 spl1 [18]已被克隆, spl1编码细胞色素
P450单加氧酶家族的CYP71P1蛋白, OsSL催化色胺
转变成血清素; spl11编码一个含 u-box的 E3连接酶,
其调控的细胞死亡和防御反应过程中可能存在泛素
化降解途径。spl1 [18]突变体在三至四叶期时, 叶片
和叶鞘上出现数个 1~2 mm 灰色水渍状斑点, 随后
迅速扩大成橘褐色带状斑纹区域, 并逐渐连接成片,
最后遍布整个植株, spl1的等位突变体 spl1-2、spl1-3
在颖壳上也出现类病斑[2]。spl29(t) [19]突变体植株最
初仅在叶片出现近似圆形淡黄色斑点 , 至拔节期 ,
类病斑的大小及数量变化不明显, 此后病斑数量明
显增加, 面积逐渐扩大并相互连接成中心枯黄色、
边缘黄褐色的病斑, 至成熟时, 病斑遍及整个植株
而呈枯黄色。spl30(t) [20]突变体在分蘖后期最先从基
部叶叶尖处开始出现褐色斑点 , 随着植株的生长 ,
斑点逐渐从叶尖扩展到整个叶片, 同时从下到上叶
第 7期 代高猛等: 水稻类病斑突变体 spl31的遗传分析与基因定位 1229


片依次出现该表型, 至成熟时几乎遍布整个植株。
syl1[21]突变体田间生长到五叶期时, 第 1 叶已从植
物体脱落, 第 2叶正在枯萎, 第 3叶和第 4叶叶片明
显黄化, 同时出现褐色斑点, 第 5 叶虽然没有褐色
斑点, 但与野生型相比叶色明显发黄, 而同期播种
的野生型除第 1 叶枯萎外, 其余均为正常绿色, 与
野生型相比, 突变体植株矮小、穗小、千粒重降低
和结实率下降。spl(t) [22]出现的类病斑为不规则的红
色斑块, 叶片、叶鞘、剑叶和穗轴等均会表现类病
斑表型, 属于全生育期类病斑, 植株略矮、穗长稍
短、分蘖减少、结实率下降。在这 6 个基因中, 除
spl31 与 spl1 定位的区间有一部分交叉、被 spl29(t)
包含外, 与其他几个基因都没有交叉区间, 说明与
其他 4 个基因为不同基因。spl29(t)的病斑出现在叶
片和叶鞘, spl1 出现在叶片、叶鞘和颖壳, 而 spl31
的病斑只出现在叶片, spl31 是一个不同于 spl29(t)
和 spl1 的新基因还是同一个基因的不同表现形式,
尚待进一步研究。
4 结论
spl31 在四叶期起陆续出现黄色斑点, 斑点随着
植株的生长慢慢扩大, 最终扩散到整个叶片, 除叶
绿体基粒片层堆叠不规则外, 叶绿体其他结构、光
合作用等无明显变化, 部分农艺性状显著下降, 但
降低幅度不大。该性状受 1 对隐性基因控制, 位于
第 12染色体 ID104和 ID11之间, 物理距离 383 kb。
本研究结果为 SPL31 基因的进一步克隆和功能分析
奠定了基础。
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