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全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(7): 989997 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家高技术研究发展计划 (863计划 )项目 (2011AA10A100), 重庆市自然科学基金和科技攻关项目 (cstc2012jjA80011,
cstc2012ggB80005)和中央高校基本科研业务费(XDJK2014C147)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: 张天泉, E-mail: zhangt_q@163.com; 郭爽, E-mail: guoshuang16@163.com
** 同等贡献(Contributed equally to this work)
Received(收稿日期): 2014-12-23; Accepted(接受日期): 2015-04-02; Published online(网络出版日期): 2014-04-21.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150421.1111.001.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.00989
水稻新黄绿叶基因 YGL9的分子定位
张天泉** 郭 爽** 邢亚迪 杜 丹 桑贤春 凌英华 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重点实验室, 重庆 400716
摘 要: 叶色突变体是研究高等植物光合作用、叶绿素代谢途径、叶绿体结构与功能分子机制的理想材料。本研究
从 EMS (ethyl methane sulfonate)处理的缙恢 10号(Oryza sativa L. ssp. indica)诱变群体中发现了一个苗期呈现黄绿色、
抽穗期渐变为淡绿色的叶色突变体, 命名为 yellow green leaf 9 (ygl9)。与野生型相比, ygl9苗期和分蘖期光合色素极
显著降低, 抽穗期光合色素显著降低, 气孔长度、气孔导度和蒸腾速率极显著增加, 净光合速率无明显变化。透射电
镜观察表明, ygl9的嗜锇小体增多、基粒模糊、基质片层减少且疏松, 但叶绿体结构基本完整。遗传分析显示该突变
性状受 1 对隐性核基因调控。利用西农 1A/ygl9 F2群体中的 759 株隐性单株, 最终将 YGL9 定位在第 3 染色体短臂
SSR标记 S03-1和 InDel标记 Ind03-19之间, 遗传距离分别为 0.13 cM和 0.07 cM, 物理距离为 63 kb。本研究为 YGL9
基因的克隆和功能分析奠定了基础。
关键词: 水稻(Oryza sativa L.); 黄绿叶突变体; 遗传分析; 基因定位
Molecular Mapping of a New Yellow Green Leaf Gene YGL9 in Rice (Oryza sa-
tiva L.)
ZHANG Tian-Quan**, GUO Shuang**, XING Ya-Di, DU Dan, SANG Xian-Chun, LING Ying-Hua, and HE
Guang-Hua*
Rice Research Institute / Chongqing Key Laboratory of Application and Safety Control of Genetically Modified Crops, Southwest University,
Chongqing 400716, China
Abstract: Leaf color mutants are ideal materials in illuminating molecular mechanism of photosynthesis, chlorophyll metabolic
pathway and chloroplast development. A novel mutant named yellow green leaf 9 (ygl9) was isolated from the progeny of ethyl
methane sulfonate (EMS) treated Jinhui10 (Oryza sativa L. ssp. indica) and displayed yellow-green leaves at the seedling stage
while light green at the heading stage. Compared with those of the wild type, the photosynthetic pigments of the ygl9 mutant re-
duced very significantly before the tillering stages and significantly in the heading stage. However, there was no obvious changing
for net photosynthetic rate between the wild type and the mutant. The characteristics of stomata length, stomatal conductance and
transpiration rate increased significantly in the ygl9. The observation by transmission electron microscope showed that the ygl9
mutant contained comparable chloroplasts with more osmiophilic granules, fuzzy grana and fewer/looser stroma lamella to the
wild type. Genetic analysis suggested that the mutational trait was controlled by a single recessive gene. Using 759 mutational
individuals from the F2 generation of Xinong 1A/ygl9, the YGL9 locus was finally mapped on the short arm of chromosome 3
between SSR marker S03-1 and InDel marker Ind03-19 with genetic distances of 0.13 cM and 0.07 cM respectively, and the physical
distance was only 63 kb. These results provided a foundation for map-based cloning and functional analysis of YGL9 gene.
Keywords: Rice (Oryza sativa L.); Yellow Green Leaf Mutant; Genetic analysis; Gene mapping
叶色突变是自然界中比较常见的一种突变性状,
其主要特点是叶色变异, 表现不正常的绿色。叶色
突变往往直接或间接影响叶绿素的生物合成或降解
途径, 最终改变叶绿素含量, 从而引起叶色的变化。
990 作 物 学 报 第 41卷
到目前为止, 在拟南芥[1]、水稻[2]、玉米[3]、油菜[4]、
小麦 [5]、大豆 [6]等多种植物中均有叶色突变体的报
道。叶色突变体在研究高等植物光合作用机制、叶
绿素生物合成途径、叶绿体的结构功能和遗传发育
调控机理等方面发挥着重要作用[7]。此外, 叶色标记
在良种繁育中也具有重要的应用价值。
导致叶色变化的因素很多, 最主要的是基因突
变。叶绿体发育相关途径、光合色素、血红素和光
敏色素等代谢途径基因变异均可能引起叶色变化 ,
此外, 核糖核酸还原酶等基因的突变也可能导致叶
色发育异常[8]。因此, 叶色变异是一个复杂的遗传性
状。水稻是单子叶模式植物, 也是重要的粮食作物,
然而, 目前克隆的叶色调控基因还相对较少, 不利
于禾本科作物的分子改良。在水稻中, OsHAP3A、
OsHAP3B 和 OsHAP3C 为叶绿体发育的调控基因,
控制细胞核编码的相关基因在叶绿体中的表达, 以
此调节叶绿体的发育[9]; OsCAO1、OsCAO2 和 CBL
均编码叶绿素 a 加氧酶, 是催化叶绿素 a 合成叶绿
素 b 的关键酶 [10]; OsCHLH、OsCHLD/CHL1 和
OsCHLI/CHL9 编码 Mg-原卟啉 IX 螯合酶 (Mg-
chelatase)的 3 个亚基 ChlH、ChlD 和 ChlI, 能促进
Mg2+插入原卟啉 IX, 形成叶绿素和亚铁血红素的前
体[11-12]; OsDVR 编码联乙烯还原酶, 催化联乙烯叶
绿素(酸酯) a转化为单乙烯叶绿素(酸酯) a[13]; VYL
编码锌指结构的精氨酸甲基转移酶互作蛋白功能域
AIRl, 在调节核基因的表达和信号传导中起重要作
用[14]; YGL1编码叶绿素合酶, 是叶绿素 a生物合成
最后一步反应的催化酶, 催化叶绿素酸酯 a 转化为
叶绿素 a[15]; YGL2编码一个 heme oxygenase (HO1)
血红素加氧酶, 是催化血红素降解的起始酶和限速
酶[16]。
我们利用EMS诱变优良恢复系缙恢10号 , 获
得了一个从苗期开始叶片即为黄绿色 , 抽穗期叶
色转为淡绿的突变体ygl9, 该突变性状受1对隐性
核基因控制。本研究将其定位在第3染色体短臂端
63 kb的区间内 , 该区间内并未发现已报道的与叶
色相关的基因 , 表明它是一个新的黄绿叶突变体 ,
该结果为YGL9基因的图位克隆和功能分析奠定了
基础。
1 材料与方法
1.1 实验材料及主要农艺性状调查
ygl9来源于经化学诱变剂 EMS处理的恢复系缙
恢 10 号, 经过多代自交观察, 其黄绿叶表型遗传稳
定。2013年, 将叶色表型正常不育系西农 1A与 ygl9
杂交, 收获 F1种子。同年, 于海南种植 F1并收获 F2
种子。2014 年, 在西南大学水稻研究所研究基地种
植亲本、F2 群体, 从苗期开始观察叶色表型。在同
一块实验田相邻种植野生型缙恢 10号和突变体 ygl9
各 40 株, 成熟后分别调查小区中间 10 株的株高、
穗长、有效穗数、每穗粒数、每穗实粒数、结实率、
千粒重等农艺性状。
1.2 光合色素含量测定
苗期、分蘖期和抽穗期, 分别随机选取 5株长势
一致的野生型和突变体单株, 参照 Lichtenthaler[17]描
述的方法测定叶片的光合色素含量。即将新鲜叶片
中部去除中脉后, 称取 0.1 g, 剪碎浸泡在丙酮∶无
水乙醇(1∶1, v/v)混合液中, 定容至 25 mL, 密封黑
暗处理 24~48 h, 期间轻轻震荡数次, 使光合色素浸
提充分。用 Beckman22S 型分光光度计测量提取液
在 663 nm、645 nm、470 nm 3个波长下的吸光值, 重
复 3次, 计算光合色素的含量。
1.3 光合特性测定及气孔扫描电镜分析
水稻孕穗期, 在晴天上午 9:00—11:00, 选择长
势一致的野生型和突变体单株各 5株, 利用 LI-6400
型便携式光合作用测定仪测定净光合速率、气孔导
度、胞间 CO2 浓度和蒸腾速率等光合特性, 每个单
株重复测定 3 次, 取平均值。采用冷冻法观察野生
型和突变体气孔特征, 以 SU3500 型扫描电镜观察
并照相。
1.4 透射电子显微镜分析
参照何瑞峰等[18]的方法, 于抽穗期取野生型缙
恢 10号和突变体 ygl9倒二叶中部叶片, 以戊二醛和
锇酸双重固定后 , 利用不同梯度的乙醇逐级脱水 ,
再置换和包埋, 制超薄切片, 以醋酸双氧铀和柠檬
酸铅液双重染色, H600 型透射电镜观察并照相, 分
析叶肉细胞和叶绿体结构。
1.5 基因定位
采用 BSA[19]法定位目标基因, 即从 F2分离群体
中选取 10 株正常单株和 10 株突变单株, 剪取等量
叶片构成正常基因池和突变基因池。采用改良的
CTAB 法提取亲本和基因池 DNA[20], 按碱煮法提取
F2群体 DNA[21]。参照 http://www.gramene.org/microsat/
公布的 SSR引物, 并运用 Vector NTI Advance 10自
行设计 InDel引物。SSR和 InDel引物由上海英骏技
术公司合成。PCR 总体系为 12.6 μL, 含 1.25 μL
第 7期 张天泉等: 水稻新黄绿叶基因 YGL9的分子定位 991
10×PCR buffer、1 μL 50 ng μL–1 DNA模板、0.75 μL
25 mmol L–1 MgCl2、0.5 μL 2.5 mmol L–1 dNTPs、8.0
μL ddH2O、1.0 μL 10 μmol L–1引物、0.1 μL 5 U μL–1
Taq DNA聚合酶。PCR程序为 94℃预变性 5 min; 94
℃变性 30 s, 55℃退火 30 s, 72℃复性 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, 快速银染后观察[22]。
1.6 遗传图谱构建
F2定位群体中, 将具有西农 1A带型的单株记为
A, 具有 ygl9突变亲本带型的单株记为 B, 具有杂合
带型的单株记为 H, 用 Mapmaker 3.0软件进行连锁
分析和遗传作图[23], 用 Kosambi 函数将重组率转化
为遗传距离[24]。
2 结果与分析
2.1 突变体表型鉴定及主要农艺性状特征
突变体 ygl9 叶片苗期呈现黄绿色(图 1-A, B),
一直保持到拔节期(图 1-C~E), 抽穗期叶色渐变为淡
绿色(图 1-F), 直至成熟; 野生型缙恢 10 号(WT)的
叶片全生育期均呈绿色(图 1)。与野生型相比, ygl9
的株高、穗长、每穗粒数、每穗实粒数、结实率和
千粒重等主要农艺性状均极显著降低, 分别降低了
23.48%、11.34%、38.75%、53.95%、24.81%和 30.46%,
仅有效穗数没有明显差异(表 1)。
图 1 野生型(WT)和 ygl9突变体的表型特征
Fig. 1 Plant morphology of the wild type (WT) and the ygl9 mutant
A, B: 苗期野生型植株(WT)和 ygl9植株与叶片; C, D: 分蘖期野生型(WT)和 ygl9植株与叶片; E: 拔节期野生型(WT)和 ygl9植株;
F: 成熟期野生型(WT)和 ygl9植株。
A, B: plants and leaves of the wild type and the ygl9 mutant at the seedling stage; C, D: plants and leaves of the wild type and the ygl9 mutant
at the tillering stage; E: plants of the wild type and the ygl9 mutant at the late jointing stage; F: plants of the wild type and the ygl9 mutant at
the maturation stage.
表 1 野生型(WT)与 ygl9突变体主要农艺性状分析
Table 1 Main agronomic traits of the wild type (WT) and the ygl9 mutant
材料
Material
株高
Plant height
(cm)
穗长
Panicle length
(cm)
有效穗数
Effective
panicle
每穗粒数
Grain number
per panicle
每穗实粒数
Filled grain number
per panicle
结实率
Seed setting rate
(%)
千粒重
1000-grain weight
(g)
WT 116.90±4.85 24.61±0.73 10.76±1.53 177.98±15.01 142.81±11.27 80.24±4.22 25.08±0.29
ygl9 89.45±3.49** 21.82±0.47** 9.00±1.80 109.01±13.60** 65.76±14.09** 60.33±7.73** 17.44±0.08**
**表示在 0.01水平上差异显著; 测量样本株数 n=10。**Significantly different at P<0.01 by t-test; the sample number was 10.
992 作 物 学 报 第 41卷
2.2 突变体光合色素含量
苗期与野生型相比, ygl9突变体的叶绿素 a、叶
绿素 b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均极显著降低,
分别只有野生型的 63.28%、 47.90%、 60.80%和
66.95% (图 2-A); 分蘖期, ygl9突变体的各光合色素
含量仍然极显著低于野生型, 分别下降了 33.72%、
55.82%、36.91%和 33.63% (图 2-B); 抽穗后突变体
叶色由黄绿色渐变为淡绿色, 与野生型相比, ygl9突
变体的光合色素含量仅表现为显著降低(图 2-C), 降
低幅度明显小于苗期和分蘖期。
图 2 野生型(WT)和 ygl9突变体光合色素含量比较
Fig. 2 Comparison of photosynthetic pigments contents between the wild type (WT) and the ygl9 mutant
A: 苗期野生型(WT)和 ygl9叶片光合色素含量; B: 分蘖期野生型(WT)和 ygl9叶片光合色素含量; C: 抽穗期野生型(WT)和 ygl9叶片光
合色素含量。Chl a: 叶绿素 a; Chl b: 叶绿素 b; Total Chl: 叶绿素 a+b的总量; Car: 类胡萝卜素。* 表示在 0.05水平上差异显著; ** 表
示在 0.01水平上差异显著。
A: photosynthetic pigments contents of the wild type (WT) and the ygl9 mutant at the seedling stage; B: photosynthetic pigments contents of
the wild type (WT) and the ygl9 mutant at the tillering stage; C: photosynthetic pigments contents of the wild type (WT) and the ygl9 mutant
at the maturation stage. Chl a: chlorophyll a; Chl b: chlorophyll b; Total Chl : content of chlorophyll a and chlorophyll b; Car: carotenoids.
* Significantly different at P<0.05 by t-test; ** significantly different at P<0.01 by t-test.
2.3 突变体光合特性及气孔分析
为了探究叶色变异对突变体光合作用的影响 ,
在孕穗期对野生型和突变体的净光合速率、气孔导
度、胞间 CO2浓度、蒸腾速率 4 个光合特性指数进
行测量。ygl9 净光合速率与野生型相比并没有明显
差异(图 3-A), 而气孔导度比野生型提高了 101.97%
(图 3-B), 差异达到了极显著水平。可能因为气孔导
度的增加 , 突变体细胞更容易摄取空气中的 CO2,
蒸腾作用也更加强烈, 所以突变体的胞间 CO2 浓度
和蒸腾速率也极显著提高 , 分别比野生型增加了
11.53%和 73.21% (图 3-C, D)。
2.4 突变体叶绿体超微结构分析
透射电镜观察表明, 野生型和 ygl9 突变体叶肉
细胞发育完全, 叶绿体规则地贴壁分布, 完整地被
图 3 野生型(WT)和 ygl9突变体的光合速率、气孔导度、胞间 CO2浓度以及蒸腾速率对比
Fig. 3 Comparison of photosynthetic rate, stomatal conductance, intercellular CO2 concentration and transpiration rate between the
wild type (WT) and the ygl9 mutant
A: 净光合速率; B: 气孔导度; C: 胞间 CO2浓度; D: 蒸腾速率。**表示在 0.01水平上差异显著。
A: net photosynthetic rate; B: stomatal conductance; C: intercellular CO2 concentration; D: transpiration rate. ** Significantly different at
P<0.01 by t-test.
第 7期 张天泉等: 水稻新黄绿叶基因 YGL9的分子定位 993
膜包裹, 大小相似, 叶绿体内部均有基粒、基质和片
层结构。但野生型叶绿体基粒丰富, 基质浓厚, 基质
片层排列整齐紧密(图 5-A~C); 而 ygl9 突变体叶绿
体嗜锇小体增多, 基粒模糊, 基质片层明显少于野
生型且较为疏松(图 5-D~F)。
2.5 突变性状的遗传分析
以表型正常的不育系西农1A 与突变体 ygl9杂
交, 所有 F1植株均表型正常。F2群体出现明显的双
亲性状分离现象 , 在3156株群体中正常单株2397
株、黄绿叶突变单株759株 , 经卡平方测验 , 符合
图 4 野生型(WT)和 ygl9突变体的气孔扫描电镜观察
Fig. 4 Scanning electron microscopy observation of stomatal characteristics in the wild type (WT) and the ygl9 mutant
A, B: 野生型(WT)叶片中部的气孔特征; C, D: ygl9叶片中部的气孔特征; E: 野生型(WT)和 ygl9的气孔密度; F: 野生型(WT)和 ygl9的
气孔长度。st: 气孔; ** 表示在 0.01水平上差异显著。
A, B: stomatal characteristics in the middle part of the wild type (WT)’s leaf; C, D: stomatal characteristics in the middle part of the ygl9
mutant’s leaf; E: stomatal density (number mm−2) of the wild type and the ygl9 mutant; F: stomatal length (μm) of the wild type and the ygl9
mutant. st: stomata; ** significantly difference at P<0.01 by t-test.
图 5 抽穗期野生型(WT)和 ygl9突变体的细胞超微结构
Fig. 5 Cell ultrastructure of the wild type (WT) and the ygl9 mutant during the heading stage
A: 野生型(WT)叶肉细胞; B: 野生型(WT)叶绿体; C: 野生型(WT)基质片层; D: ygl9叶肉细胞; E: ygl9叶绿体; F: ygl9基质片层。n: 细
胞核; ch: 叶绿体; og: 嗜锇小体; sl: 基质片层。
A: mesophyll cell of the wild-type (WT); B: chloroplast of the wild-type (WT); C: stroma lamella of the wild-type (WT); D: mesophyll cell of
the ygl9 mutant; E: chloroplast of the ygl9 mutant; F: stroma lamella of the ygl9 mutant. n: nuclear; ch: chloroplast; og: osmiophilic granule;
sl: stroma lamella.
994 作 物 学 报 第 41卷
3∶1分离比(χ2=1.14 < χ20.05=3.84), 表明 ygl9黄绿叶
突变性状受 1对隐性基因控制。
2.6 突变基因的分子标记定位
以西农 1A与 ygl9杂交的 F2代群体作为定位群
体, 用均匀分布于水稻 12条染色体上的 400对 SSR
引物和 60对 InDel引物扩增亲本和基因池 DNA。结
果显示 , 位于第 3 染色体短臂上的 RM14281、
Ind03-2、Ind03-7 和 Ind03-8 可能与 YGL9 连锁。为
验证连锁关系, 利用这 4 对引物进一步分析了 210
株 F2 突变单株, 发现 RM14281、Ind03-2、Ind03-7
和 Ind03-8的重组子个数分别为 36、3、20和 40个,
其中 RM14281 的重组子包含 Ind03-2 的重组子 ,
Ind03-8的重组子包含 Ind03-7的重组子, 且 Ind03-2
和 Ind03-7的重组子不同, 因此初步将 YGL9基因定
位于 Ind03-2和 Ind03-7之间。
在初步定位区间内设计了 12 对 InDel 引物和
44 对 SSR 引物, 其中 S03-1、S03-42、Ind03-13 和
Ind03-19 在亲本间表现多态性, 利用多态性引物进
一步分析 759株 F2定位群体。发现, SSR标记 S03-1
有 2 个重组子, InDel 标记 Ind03-19 有 1 个重组子,
且二者的重组子不同。因此, 最终将 YGL9 精细定
位在标记 S03-1和 Ind03-19之间, 遗传距离分别为
0.13 cM和 0.07 cM, 物理距离为 63 kb (图 5)。根据
Gramene 网站上提供的基因注释信息, 该区间内共
有 11个开放阅读框(open reading frame, ORF), 分
别编码过氧化氢酶、泛素类蛋白、核苷酸转移酶、
电子载体/蛋白质二硫键氧化还原酶、卷曲螺旋域结
合蛋白 124、还原转座子、叶绿体信号识别颗粒、
AMP结合域蛋白、假定蛋白、棒曲霉素蛋白和HV22
蛋白。
3 讨论
本文报道的 ygl9 突变体, 从苗期开始叶片便表
现为黄绿色 , 直到抽穗期叶片逐渐转变为淡绿色 ,
基因被定位于第 3染色体短臂前端的 63 kb区间内。
这与目前已鉴定的 ygl80[25](ygl1[15]等位突变体)、
图 6 YGL9基因在第 3染色体上的连锁图谱
Fig. 6 Linkage map of the YGL9 on rice chromosome 3
表 2 用于基因定位的新开发多态性标记
Table 2 Newly designed polymorphic markers used for gene mapping
标记
Marker
正向序列
Forward sequence (5–3)
反向序列
Reverse sequence (5–3)
S03-1 GGCTGTGACTTTCGCCTCAC ATGAAATGGAGAGAGTGCTCATT
S03-28 ATGGTGGGAGTGCTTGTGC CCGCCTCCTCCACTTACTT
S03-42 AAGGCAGCACTAACCTGAGAA CCCTGATGCAGGATGAGCAC
Ind03-2 GCAGCTAGTGCAAGACGGAG GATGAGCCGTATGATCCGC
Ind03-7 CATGTTCCAAGTATTCCTGGG AGCTAGGGCACTAGCATTCG
Ind03-8 ATCCGGTCACATCTCTCATACAC GACGCCGTAGCAAGCAGC
Ind03-13 GTATCAGACGATCAGACACCACC GCGTGAGTAGTAAAGAGGACAGC
Ind03-19 CTTGACGGAGCTGCTCCA GAAGAGGAGCGGTAGGAGAGG
第 7期 张天泉等: 水稻新黄绿叶基因 YGL9的分子定位 995
ygl2[16]、ygl3[26]/ygl7[27](chl1[12]等位突变体)、ygl4[28]、
vyl[14]和ylc1[29]等黄绿叶突变体的定位区间均不相同,
表型也有差异。其中, 突变体ygl80、ygl3/ygl7和ygl4
在整个生育期叶片均表现为黄绿色, 分别位于第5、
第3和第10染色体 ; 定位在第9染色体的突变体vyl,
其未展开叶表现淡黄色, 展开后从叶尖向叶基部转
绿 ; 另一个位于第9染色体上的突变基因YLC1, 其
苗期便表现出黄叶性状, 但从分蘖早期开始, 只有
老叶会逐渐转绿而新叶仍然保持黄叶性状。本研究
的ygl9突变体与ygl2表型较为相似, 但ygl2从分蘖期
到抽穗期开始转绿并几乎与野生型叶色相同, 此外,
ygl2突变体被定位于第6染色体上, 与ygl9突变体定
位区间不同。因此, 从叶色表型和基因定位均表明
ygl9是一个新的叶色突变体。
叶片中光合色素含量不仅影响植物光合作用的
有序进行, 往往还决定植物叶片的颜色[30]。在苗期
和分蘖期, ygl9 突变体各种光合色素含量都极显著
低于野生型; 而在抽穗期, ygl9突变体各种光合色素
均略微升高, 仅显著低于野生型, 叶片颜色由黄绿
色渐变为淡绿色。由此, 我们推测 ygl9 突变性状与
光合色素含量降低及变化有关。细胞结构观察发现
ygl9 的叶绿体结构基本完整但嗜锇小体增多、基质
片层减少、排列疏松, 表明突变体的叶绿体退化, 叶
绿体光合膜完整性不如野生型。由于抽穗后突变体
光合色素含量上升且叶绿体结构基本完整, 故该时
期突变体的净光合速率略有下降但未达到显著水
平。吕典华等[31]对叶色突变体 ygl5 和 pygl1 孕穗期
的光合特性研究发现了类似现象: 两个突变体叶绿
体内基粒数量明显少于对照, 叶绿素含量也大幅下
降, 而 ygl5 和 pygl1 的光合速率都高于对照。此外,
前期营养生长阶段突变体光合色素的极显著降低及
叶绿体发育的变化最终导致 ygl9 突变体植株矮化,
穗长、每穗粒数、每穗实粒数、结实率和千粒重等
农艺性状均极显著降低。通常情况下, 随着叶片色
级的降低, 叶片的气孔导度会相应减少[32]; 而 ygl9
的气孔长度明显增长, 气孔导度极显著增加。欧立
军[33]鉴定了一个淡叶突变体, 其在强光下具有比野
生型更高的气孔导度, 但其气孔大小与野生型并没
有差异。因此我们猜测 YGL9基因不仅在调控水稻叶
色方面有重要作用, 同时还可能参与气孔的发育。
在 YGL9定位区间内有 11个 ORF, 其中有 4个
ORF 可能参与叶色变化。ORF1 编码一个过氧化氢
酶, 其功能是降解细胞内的一种活性氧 H2O2, 它可
作为信号分子调节叶绿体及细胞核基因的表达, 从
而参与调控叶绿体发育、细胞周期、细胞程序化死
亡等生理过程[34-35]。ORF7编码叶绿体信号识别颗粒
(cpSPR), cpSPR 是将参与光合作用的叶绿体蛋白运
输到类囊体膜的介导物质[36], 在拟南芥中已经克隆
了一个编码 cpSRP43 的基因 CHAO, 其突变体表现
为黄绿叶, 各种光合色素含量明显降低 [37]; 在水稻
中也发现了编码 cpSRP54的基因 YGL138(t), 其突变
体同样表现为黄绿叶[38]。ORF8编码一个 AMP结合
结构域蛋白, 通过影响 ATP水解或与 ATP互作而影
响 ABC 转运蛋白的功能[39], 水稻 SGRA 编码一个
ABC 转运蛋白, 该基因的突变导致了叶色的变化,
突变体在 6~8 叶期新生白叶, 随后转绿, 呈现阶段
性白化现象[40]。ORF11编码一个 HVA22蛋白, 最先
发现于大麦中, 是 ABA应激感应蛋白[41], ABA作为
类胡萝卜素的前体, 在类胡萝卜素生物合成途径中
有十分重要的作用, 同时内源 ABA含量降低可导致
植物叶绿素含量降低, 叶片颜色介于灰绿和绿色之
间[42]。因此, 我们暂将这 4个基因作为候选基因, 进
行下一步的分析, 当然, 其他基因是否与叶色有关,
我们也将继续关注。
4 结论
ygl9 突变体叶片从苗期到拔节期一直保持黄绿
色, 光合色素含量极显著降低, 抽穗期叶色渐变为
淡绿色, 光合色素含量显著降低。株高、穗长、每
穗粒数、每穗实粒数、结实率和千粒重均极显著下
降。气孔长度、气孔导度及蒸腾速率极显著增加, 净
光合速率没有明显变化, 叶绿体结构基本完整但嗜
锇小体增多、基粒模糊、基质片层减少且较疏松。
该突变性状受一对隐性核基因控制, 定位于第 3 染
色体短臂的 SSR 标记 S03-1 和 InDel 标记 Ind03-19
之间, 遗传距离分别为 0.13 cM和 0.07 cM, 物理距
离为 63 kb, 包含 11个注释基因, 受一个功能尚未鉴
定的新基因调控。
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