全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(6): 991997 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(31071402)和国家转基因生物新品种培育科技重大专项(2009ZX08009-072B)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 王平荣, E-mail: pingrong_wang@yahoo.com.cn
第一作者联系方式: E-mail: haikuba2@163.com
Received(收稿日期): 2010-12-09; Accepted(接受日期): 2011-03-06.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.00991
水稻 ygl98黄绿叶突变基因的精细定位与遗传分析
孙小秋 1 王 兵 1 肖云华 1 万春美 1 邓晓建 2 王平荣 1,*
1四川农业大学水稻研究所, 四川成都 611130; 2四川农业大学 / 西南作物基因资源与遗传改良教育部重点实验室, 四川成都 611130
摘 要: 通过 EMS 诱变获得 1 份遗传稳定的水稻黄绿叶突变体 ygl98, 该突变体整个生育期呈黄绿色。与野生型相
比, 突变体的叶绿素和类胡萝卜素含量分别下降 45.3%和 45.6%, 有效穗数和结实率分别减少 14.4%和 10.7%, 株高
降低 7.4%。透射电镜观察表明, ygl98突变体的叶绿体形状不规则, 叶绿体中有许多空的囊泡状结构, 类囊体数目减
少, 每个基粒仅由少数几个类囊体垛叠而成。遗传分析表明, ygl98 的突变性状由 1 对隐性核基因控制。利用(ygl98/
浙辐 802) F2作为定位群体, 将突变基因定位在第 3染色体长臂 InDel标记 I3和 I4之间, 遗传距离分别为 0.07 cM和
0.19 cM, 两标记之间的物理距离约为 44.2 kb, 此区间内包含 8个预测基因。基因组序列分析发现, ygl98突变体在编
码镁离子螯合酶 ChlD亚基的 OsChlD基因编码区第 1 522碱基处(位于第 10外显子), 碱基 G突变为碱基 A, 从而造
成编码蛋白序列第 508位的丙氨酸(Ala)突变成苏氨酸(Thr)。该基因是已报道的水稻黄绿叶基因 Chlorina-1的等位基
因, 但突变体表型有明显区别, Chlorina-1突变体在 2~3周龄幼苗时开始出现黄绿叶, 且该黄绿叶性状仅在苗期表现,
而 ygl98突变体整个生育期都表现为黄绿叶, 这可能是 OsChlD基因组序列的突变位点不同造成的。
关键词: 水稻; 黄绿叶突变体; OsChlD; 遗传分析; 精细定位
Genetic Analysis and Fine-mapping of ygl98 Yellow-green Leaf Gene in Rice
SUN Xiao-Qiu1, WANG Bing1, XIAO Yun-Hua1, WAN Chun-Mei1, DENG Xiao-Jian2, and WANG Ping-Rong1,*
1 Rice Research Institute, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2 Key Laboratory of Southwest Crop Genetic Resources and
Improvement, Ministry of Education, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China
Abstract: A yellow-green leaf mutant ygl98 was isolated by chemistry mutagenesis. The whole plant of the mutant exhibited yel-
low-green trait throughout the growing period. Compared to its wild-type parent 10079, the contents of chlorophyll and carotenoid
decreased by 45.3% and 45.6%; and at maturity, the number of productive panicles per plant, seed setting rate and plant height
reduced by 14.4%, 10.7%, and 7.4%, respectively. The result of electron microscopic observation revealed that the chloroplasts in
the ygl98 mutant were out-of-shape. A lot of cystic structures and poor thylakoids were observed in the chloroplasts of the ygl98
mutant, and grana stacks appeared to be less dense compared to those of the wild type. Genetic analysis showed that the yel-
low-green leaf trait of the ygl98 mutant was controlled by one pair of recessive nuclear genes. Genetic mapping of the mutant
gene was conducted using 771 yellow-green leaf individuals from the F2 mapping population of ygl98/Zhefu 802. Finally, the
mutant gene was mapped between InDel markers I3 and I4 on the long arm of chromosome 3, with genetic distances of 0.07 and
0.19 cM, respectively, and with physical distance of 44.2 kb, in which eight predicted genes had been annotated. Sequencing
analysis of these candidate genes between the mutant and its wild-type revealed the single base change (G1522A) of the gene for
magnesium-chelatase ChlD subunit resulted in a missense mutation (A508T) in the encoded product. The same gene mutation
caused by OsChlD (Chlorina-1) was documented previously. The Chlorina-1 mutant displays a severe yellowish-green leaf phe-
notype only at the seedling stage, and the abnormal leaf color is first observed on the leaves of 2- to 3-week-old seedlings, while
the ygl98 mutant exhibits yellow-green trait throughout the growing period. The different phenotypes of the two mutants may be
caused by different mutational sites of OsChlD genomic sequence.
Keywords: Oryza sativa L.; Yellow-green leaf mutant; OsChlD; Genetic analysis; Fine-mapping
植物叶色是叶绿体中各种色素的综合表现, 正
常叶片中叶绿素占优势, 通常表现为绿色[1]。叶色变
异是高等植物中突变频率较高且易于鉴定的突变性
状, 早在 20世纪 30年代就有报道[2], 迄今已经在水
992 作 物 学 报 第 37卷

稻[3]、大豆[4]、玉米[5]、大麦[6]、小麦[7]、番茄[8]、油
菜[9]、拟南芥[10]等几乎所有高等植物中发现了叶色
突变体。叶色突变体主要表现出白化、黄化、浅绿、
条纹、斑点等症状, 其光合效率降低, 生长迟缓, 有
的甚至会导致植株死亡[11-13]。近年来, 叶色突变体
的利用价值越来越受到关注, 已广泛应用于植物光
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制、作物标记性状等基础研
究[14-15]和生产应用。
水稻叶色突变类型丰富, 除第 12 染色体外, 在
其他染色体上均发现了能引起叶色突变的基因, 累计
已有 80余个(http://www.shigen.nig.ac.jp/rice/oryzabase/
genes/traitGeneClasses.jsp)。叶色突变的机制主要包
括叶绿素生物合成途径相关基因突变、血红素生物
合成途径中的基因突变、编码其他叶绿体蛋白的基
因突变及与光合系统无直接关系的基因突变等。其
中, 叶绿素生物合成从谷氨酰-tRNA到叶绿素 a, 叶
绿素 a 再经叶绿素酸酯 a 加氧酶氧化形成叶绿素 b,
整个生物合成过程需要 15步反应[16]。目前, 在以拟
南芥(Arabidopsis thaliana)为代表的被子植物中, 控
制叶绿素生物合成所有 15 步反应的酶基因都已成
功克隆[17-18]。拟南芥全基因组分析表明, 其叶绿素
生物合成从谷氨酰-tRNA到 Chl b需要 15种酶, 编
码这些酶的基因有 27个[17]。水稻作为单子叶模式植
物, 迄今已克隆了编码参与叶绿素生物合成的 4 个
酶的 7个基因, 分别是编码Mg2+-螯合酶 3个亚基的
OsChlH、OsChlD 和 OsChlI 基因[11,13], 编码叶绿素
合酶的 YGL1 基因[19], 编码叶绿素酸酯 a 加氧酶的
OsCAO1 和 OsCAO2 基因[20], 以及编码联乙烯还原
酶的 OsDVR基因[21]。Mg2+-螯合酶催化 Mg2+插入原
卟啉 IX, Jung等[11]利用 T-DNA插入突变克隆了位于
水稻第 3染色体上的编码 ChlH亚基的OsChlH基因,
Zhang 等[13]通过图位克隆方法克隆了位于水稻第 3
染色体上分别编码 ChlD 和 ChlI 亚基的 OsChlD 和
OsChlI 基因。叶绿素合酶催化叶绿素酸酯酯化形成
叶绿素 a, Wu等[19]采用图位克隆方法从水稻黄化突
变体 ygl1分离了位于第 5染色体的叶绿素合酶基因
YGL1。叶绿素酸酯 a加氧酶氧化叶绿素 a形成叶绿
素 b, Lee 等[20]利用 T-DNA 插入突变克隆了位于第
10 染色体同一 BAC 上编码叶绿素酸酯 a 加氧酶的
OsCAO1和OsCAO2基因, 这 2个基因的功能是独立
的, OsCAO1受光诱导, 对叶绿素 b合成起主要作用,
而 OsCAO2 则在黑暗条件下起作用。联乙烯还原酶
催化联乙烯叶绿素 a 转化为单乙烯叶绿素 a, Wang
等 [21]通过图位克隆方法从水稻自然黄化突变体
824ys中分离了位于第 3染色体短臂上的编码联乙烯
还原酶的 OsDVR基因。
本研究通过 EMS 诱变获得 1 份黄绿叶突变体
ygl98, 其整个生育期均表现黄绿叶 , 通过构建
(ygl98/浙辐 802)F2 作图群体, 实现了黄绿叶突变基
因的分子标记定位。精细定位和测序结果发现 ,
Os03g59640 基因(编码镁离子螯合酶 ChlD 亚基)在
编码区 1 522碱基处(位于第 10外显子), 碱基 G突变
为碱基 A, 从而造成编码蛋白序列第 508 位的丙氨
酸(Ala)突变成苏氨酸(Thr), 推测该基因是造成 ygl98
黄绿叶突变的候选基因。
1 材料与方法
1.1 供试材料及田间试验
10079 来自粳稻品种日本晴 (Oryza sativa L.
subsp. japonica, cv. Nipponbare)的一个迟熟突变品
系, 由中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才
研究员和方军博士提供。用化学诱变剂 EMS 处理
10079获得 1份黄绿叶突变体, 经多代自交, 其黄绿
叶性状已稳定遗传, 暂定名为“ygl98”。将 ygl98分别
与叶色正常的野生型亲本 10079 及籼稻品种浙辐
802杂交, 在四川成都分别播种亲本、F1及 F2, 从苗
期开始观察叶色表现, 成熟期调查突变体 ygl98 和
野生型亲本 10079 的株高、剑叶长、剑叶宽、单株
有效穗数、穗长、穗平均着粒数、结实率、千粒重
等主要农艺性状。
1.2 光合色素含量的测定
于拔节期取 ygl98突变株及其野生型亲本 10079
相同部位的叶片, 称取 0.2 g, 剪成 2~3 mm细丝, 在
4℃、避光条件下用 80%丙酮浸提 48 h, 参照
Lichtenthaler[22]的方法, 测定叶绿素 a、叶绿素 b 和
类胡萝卜素的含量。
1.3 透射电子显微镜分析
用透射电镜观察突变体和野生型叶肉细胞结构,
叶片样品取自自然条件下生长 4 周的水稻幼苗。叶
片样品经 3%戊二醛预固定, 1%四氧化锇再固定, 丙
酮逐级脱水, Epon812 包埋, 半薄切片光学定位, 超
薄切片, 醋酸铀及枸橼酸铅双重染色, 最后在日立
H-600IV型透射电子显微镜下观察(四川大学电镜室)。
1.4 定位群体的构建及总 DNA的提取
根据叶色调查与分析结果, 从 ygl98与浙辐 802
第 6期 孙小秋等: 水稻 ygl98黄绿叶突变基因的精细定位与遗传分析 993


杂交所得到的 F2群体中, 选取 20株正常绿苗和 771
株黄绿苗构成定位群体 , 分单株取叶片提取总
DNA。同时, 随机选取正常绿苗和黄绿苗各 l0株, 每
个单株取等量叶片, 将正常绿苗和黄绿苗单株叶片
分别混合, 提取总DNA作为绿苗和黄绿苗近等基因
池。参照 McCouch 等 [23]的方法提取水稻叶片总
DNA。
1.5 分子标记分析和遗传图谱的构建
根据 McCouch 等[24]构建的 SSR 连锁图(http://
www.gramene.org/microsat/)获得简单序列重复(SSR)
标记 , 并运用 Primer5.0 软件自行设计插入缺失
(InDel)标记。SSR和 InDel引物由上海英骏生物技术
有限公司合成。PCR 反应体系参照 Panaud 等[25]的方
法, 扩增产物经 3.0%~4.0%琼脂糖凝胶电泳和溴化
乙锭染色后, 用凝胶扫描成像系统记录电泳分离结
果。然后, 根据定位群体叶色和标记的分离数据, 用
MAPMAKER3.0软件进行遗传作图, 用Kosambi函数
将重组率转化为遗传距离(cM), 进而构建目标基因
所在区域的分子标记连锁图。
1.6 候选基因的遴选与测序
在突变基因精细定位的染色体区段, 根据水稻
基因组注释数据库数据(http://rice.plantbiology.msu.
edu/pseudomolecules/ordered_bac_3.shtml), 以及分
子标记与目标基因的交换植株数, 遴选候选基因。
依据目标区段预测基因的序列设计引物, 分别对野
生型和突变体的基因组进行 PCR 扩增并测序, 通过
测序结果的比对与分析, 确定突变位点及对应的候
选基因。
2 结果与分析
2.1 突变体的形态特征及主要农艺性状表现
ygl98突变体植株整个生育期为黄绿色, 明显区
别于其野生型亲本 10079 (图 1)。与其野生型亲本相
比, ygl98 的剑叶宽增加 11.7%, 有效穗数和结实率
分别减少 14.4%和 10.7%, 株高降低 7.4%, 剑叶长、
穗长、每穗平均着粒数和千粒重等农艺性状差异不
显著(表 1)。
2.2 突变体的光合色素含量
为了解突变体叶片光合色素含量的变化, 于拔
节期对叶绿素 a、b和类胡萝卜素的含量进行了测定
(表 2)。结果显示, ygl98 突变体叶绿素 a、叶绿素 b
及类胡萝卜素含量分别为 1.28、0.18和 0.37 mg g1,
比野生型亲本 10079分别下降 39.6%、67.3%和 45.6%,
差异极显著(P<0.01), 表明 ygl98 的突变性状主要是
由光合色素含量下降引起的。此外, ygl98叶绿素 a/b
值较 10079 提高了 3.25, 说明该突变体叶绿素 b 的
降幅大于叶绿素 a。
2.3 透射电子显微镜分析
为进一步了解突变体的形态特征 , 对突变体
ygl98和野生型 10079的叶肉细胞结构进行了透射电



图 1 突变体 ygl98与其野生型亲本 10079在苗期(A)及拔节期
(B)的植株形态
Fig. 1 Plant phenotype of the ygl98 mutant and its wild-type
parent 10079 at the seedling (A) and elongation (B) stages

表 1 突变体 ygl98与其野生型亲本 10079主要农艺性状的比较
Table 1 Comparison of major agronomic traits between the ygl98 mutant and its wild-type parent 10079
性状
Trait
10079 (control) ygl98 比对照增减
Compared with control (%)
株高 Plant height (cm) 111.3±3.5 103.1±2.4 7.4*
剑叶长 Flag leaf length (cm) 32.8±2.8 32.7±5.0 0.3
剑叶宽 Flag leaf width (cm) 1.28±0.07 1.43±0.08 11.7*
单株有效穗数 No. of productive panicles per plant 9.7±1.5 8.3±1.7 14.4*
穗长 Panicle length (cm) 19.9±1.9 20.2±1.0 1.5
穗平均着粒数 No. of spikelets per panicle 91.2±1.5 94.7±1.3 3.8
结实率 Seed setting rate (%) 92.0±1.2 81.3±1.9 10.7*
千粒重 1000-grain weight (g) 24.0±0.3 23.6±0.6 1.7
* 表示在 P=0.05水平上差异显著。* Significantly different at P=0.05.
994 作 物 学 报 第 37卷

表 2 拔节期 ygl98突变体与其野生型亲本 10079叶片光合色素含量的比较
Table 2 Comparison of photosynthetic pigment contents between the ygl98 mutant and its wild-type parent 10079 during elongation 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
类胡萝卜素
Carotenoid (mg g1)
10079 (control) 2.67±0.16 2.12±0.11 0.55±0.05 3.86±0.12 0.68±0.05
ygl98 1.46±0.09 1.28±0.09 0.18±0.01 7.11±0.28 0.37±0.01
比对照增减 Compared with CK 45.3%** 39.6%** 67.3%** 3.25** 45.6%**
** 表示在 P=0.01水平上差异显著。** Significantly different at P=0.01.

镜观察。结果发现, 野生型 10079 叶肉细胞中的叶
绿体形态规则(图 2-A), 叶绿体内部的类囊体和基粒
丰富(图 2-C); 而 ygl98 突变体的叶绿体形状不规则
(图 2-B), 叶绿体中有许多空的囊泡状结构, 类囊体
数目减少, 每个基粒仅由少数几个类囊体垛叠而成(图
2-D)。这说明 ygl98突变体的叶绿体发育受到抑制。



图 2 ygl98突变体与野生型叶肉细胞结构
Fig. 2 Mesophyll cell structure of the mutant ygl98 and the
wild type 10079
A: 野生型 10079的叶肉细胞结构; B: 突变体 ygl98的叶肉细胞
结构; C: 野生型的叶绿体结构; D: 突变体的叶绿体结构。
标尺=1 µm
A: mesophyll cell of the wild type 10079; B: mesophyll cell of the
ygl98 mutant; C: chloroplast structure of the wild type 10079;
D: chloroplast structure of the ygl98 mutant. Bar = 1 µm

2.4 突变性状的遗传分析
ygl98分别与正常绿色的野生型亲本 10079及籼
稻品种浙辐 802杂交, F1植株均表现为正常绿叶, F2
群体中正常绿苗与黄绿苗分离十分明显, 分离比例
经卡方(χ2)测验符合 3 1∶ (表 3), 表明 ygl98 的突变
性状由 1对隐性核基因控制。
2.5 突变基因的分子标记定位和候选基因分析
以 ygl98与浙辐 802杂交 F2群体为定位群体, 用
351对较均匀分布于水稻 12条染色体上的 SSR引物
扩增亲本浙辐 802 和 ygl98 的 DNA, 然后用在两亲
本间表现出多态的引物扩增正常绿苗和黄绿苗植株
近等基因池, 再用在池中检测到多态的引物扩增 F2
黄绿叶突变植株。结果发现, 位于水稻第 3 染色体
长臂近端的 SSR标记 RM85与目标基因存在连锁关
系, 遗传距离为 13.6 cM。为了进一步定位目标基因,
新开发了 6个具有亲本多态性的插入/缺失(InDel)标
记, 分别是 I1、I2、I3、I4、I5和 I6 (表 4)。用这 6
个 InDel 标记对 F2定位群体进行扩增, 结果表明它
们也与 ygl98 所携带的突变基因连锁(图 3), 遗传距
离分别为 1.95、0.26、0.07、0.19、2.01和 10.1 cM。
最终, 该黄绿叶基因被定位在标记 I3和 I4之间物理
距离约 44.2 kb的区域内(图 4), 该区域共有 8个预测
基因(表 5)。根据这 2 个 InDel 标记与 ygl98 突变基
因的重组植株数(图 4), 在该区域内发现了一个开放
阅读框(ORF) Os03g59640 编码镁离子螯合酶 ChlD
亚基。分别从野生型和 ygl98 突变体中克隆 Os03g
59640基因, DNA测序结果显示, ygl98突变体中该基
因在编码区第1 522碱基处(位于第10外显子), 碱基G
突变为碱基 A, 造成其编码蛋白第 508 位的丙氨酸
(Ala)到苏氨酸(Thr)的错义突变(A508T), 故认为该基
因是造成黄绿叶突变性状的候选基因(图 4)。

表 3 突变体 ygl98与正常绿色品系杂交 F2的叶色分离
Table 3 Segregation of leaf color in F2 population from the crosses between ygl98 and green rice varieties
组合
Combination
总株数
Total number of
plants
绿苗株数
No. of green
plants
黄绿苗株数
No. of yellow-
green plants
期望比
Expected ratio
χ2 P
ygl98/10079 691 523 168 3:1 0.139 0.50–0.75
ygl98/浙辐 802
ygl98/Zhefu 802
677 511 166 3:1 0.060 0.75–0.90
第 6期 孙小秋等: 水稻 ygl98黄绿叶突变基因的精细定位与遗传分析 995




图 3 InDel标记 I5在 ygl98/浙辐 802 F2群体中的分离
Fig. 3 Segregation of InDel marker I5 in the F2 population of ygl98/Zhefu802
M: DL-2000 marker; P1: 浙辐 802; P2: ygl98; 1~10: F2黄绿叶植株; 11~20: F2绿色植株。
P1: Zhefu 802; P2: ygl98; 1–10: yellow-green plants in F2; 11–20: green plants in F2.

表 4 本研究开发的多态性 InDel标记
Table 4 Developed polymorphic InDel markers in this study
标记
Marker
正向引物
Forward primer (5′–3′)
反向引物
Reverse primer (5′–3′)
所在 BAC
Originated BAC
I1 TCGTCCGTCATCAACTCC CTCCACCAACAACTCGTAT AC084767
I2 TTCTTGACCCTCTTTACT ATCTTGCGGATTATGTTG AC084767
I3 TGTGGCTATTAGGCTTGG ACCGCTTATTCTATGTCTGC AC135595
I4 TTTTAGATACGCAAAGACC GATCAGCACAATAGCAGG AC137507
I5 GATGGACACGGACTCTTT GAACTGATACGGTAGGATG AC137507
I6 TGCGGAAACCATTTGACT AAGACCTTGCCATTAGCC AC092852



图 4 ygl98黄绿叶基因在水稻第 3染色体长臂上的分子连锁图
Fig. 4 Linkage map of ygl98 yellow-green leaf gene on the long
arm of rice chromosome 3

表 5 水稻第 3号染色体定位区间内基因及其推测功能
Table 5 Gene names and their putative functions in the target
interval
基因名称
Gene name
推测功能
Putative functions
LOC_Os03g59600 mitochondrial Rho GTPase 1, putative, ex-
pressed
LOC_Os03g59610 oxidoreductase, short chain dehydrogenase/
reductase family protein, putative, expressed
LOC_Os03g59620 phospholipase, patatin family, putative, ex-
pressed
LOC_Os03g59630 retrotransposon protein, putative, unclassified
LOC_Os03g59640 magnesium-chelatase subunit ChlD, chloro-
plast precursor, putative, expressed
LOC_Os03g59650 mitochondrial Rho GTPase 1, putative, ex-
pressed
LOC_Os03g59660 clathrin adaptor complex small chain domain
containing protein, expressed
LOC_Os03g59670 basic helix-loop-helix, putative, expressed
3 讨论
水稻叶色突变的分子机制比较复杂, 突变基因
可直接或间接干扰叶绿素的合成及稳定, 经由多种
途径引起叶色变化[26]。其中仅叶绿素整个生物合成
过程就需要 15步反应, 涉及 15种酶[27]。迄今, 水稻
中已克隆了编码参与叶绿素生物合成的 4 个酶的 7
个基因[11,13,19-21], Mg2+-螯合酶便是其中之一。Mg2+-
螯合酶由 ChlH、ChlD 和 ChlI 三个亚基组成, 它催
化 Mg2+插入原卟啉 IX。Jung等[11]利用 T-DNA插入
突变克隆了位于第 3 染色体上的编码 Mg2+-螯合酶
ChlH亚基的OsChlH基因; Zhang等[13]通过图位克隆方
法克隆了水稻黄绿叶突变体 Chlorina-1 和 Chlorina-9
的突变基因 , 它们是位于第 3 染色体上分别编码
Mg2+-螯合酶 ChlD和 ChlI亚基的 OsChlD和 OsChlI
基因。OsChlD基因组全长 6 765 bp, 共有 15个外显
子和 14个内含子, cDNA全长 2 265 bp, 编码一个由
754个氨基酸组成的蛋白产物。本研究中, 精细定位
和测序结果表明, ygl98突变基因是 Chlorina-1的等
位基因, 即为编码镁离子螯合酶 ChlD 亚基的 OsChlD
基因。ygl98突变体在 OsChlD基因编码区第 1 522碱
基处(位于第 10 外显子), 碱基 G 突变为碱基 A, 造
成镁离子螯合酶 ChlD亚基第 508位的丙氨酸(Ala)突
变成苏氨酸(Thr), 从而导致 ygl98 突变体在整个生
育期都表现为黄绿叶。而 Chlorina-1 突变体在编码
996 作 物 学 报 第 37卷

区第 1 178 bp处(位于第 8外显子), 碱基 G突变为碱
基 A, 造成 ChlD亚基第 393位的精氨酸变成谷氨酰
胺(R393Q), 该突变体在 2~3周龄幼苗时开始出现黄
绿叶, 且该黄绿叶突变性状仅在苗期表现 [13]。这 2
个突变体黄绿叶性状表现时期的差异, 可能是由于
ChlD亚基不同位点氨基酸的变化造成的。
在水稻叶绿素缺乏突变体中, 叶绿素 b 显著减
少突变最为常见, 已通过自然突变或诱变途径获得
大量水稻叶绿素 b 减少突变体[28-30]。本研究中, 与
野生型 10079相比, ygl98突变体的叶绿素 a、叶绿素
b分别下降 39.6%和 67.3%, 叶绿素 a/b提高了 3.25,
说明 ygl98 突变体合成叶绿素 a 少, 叶绿素 b 更少,
这可能是镁离子螯合酶活性受阻造成的。Staehelin
等[31]也认为, 镁离子螯合酶活性受阻可能是叶绿素
b 减少和突变体表型发生变化的原因, 由于镁离子
螯合酶活性降低 , 导致底物 Proto IX 累积 , 产物
Mg-proto IX减少, 以及后续产物 Pchlide含量降低,
最终导致合成叶绿素 a少、叶绿素 b更少。
孔萌萌等[32]把水稻叶绿体发育大体分为 3 个阶
段: (1)前质体时期, 内部无片层结构, 内膜周围有许
多小泡形成; (2)单片层形成期, 小泡相互融合, 形
成单个类囊体片层; (3)基粒形成期, 多个片层平行
排列形成基粒, 发育成正常叶绿体。透射电镜观察
表明, ygl98突变体的叶绿体中有许多空的囊泡状结
构, 类囊体数目较少, 每个基粒仅由少数几个类囊体
垛叠而成。这说明 ygl98突变体的叶绿体发育受到抑
制, 推断叶绿体发育停滞在第 2阶段与第 3阶段之间。
4 结论
通过化学诱变获得 1 份遗传稳定的水稻黄绿叶
突变体 ygl98, 其叶绿素和类胡萝卜素含量显著下
降。ygl98突变体的叶绿体形状不规则, 叶绿体中有
很多空的囊泡状结构, 类囊体数目减少, 每个基粒
仅由少数几个类囊体垛叠而成。ygl98突变性状由 1
对隐性核基因控制, 突变基因被精细定位于第 3 染
色体长臂近端部的 InDel标记 I3和 I4之间, 遗传距
离分别为 0.07 cM和 0.19 cM, 候选基因是 Chlorina-
1的等位基因, 编码镁离子螯合酶 ChlD亚基; ygl98
突变体在 OsChlD 基因编码区第 1 522 碱基处(位于
第 10外显子), 碱基 G突变为碱基 A, 造成编码蛋白
序列第 508 位的丙氨酸(Ala)突变成苏氨酸(Thr)。
ygl98 突变体整个生育期都表现为黄绿叶 , 而
Chlorina-1 突变体在 2~3 周龄幼苗时开始出现黄绿
叶, 且该黄绿叶性状仅在苗期表现, 表型的差别可
能是由于二者在 ChlD 亚基不同位点氨基酸的变化
引起的。
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