控制水稻叶脉密度基因LVD2的图位克隆

摘要

植物叶脉系统是连接所有主要植物器官的连续维管束网络，能够长距离运输光合产物和土壤养分，并为植物体提供机械支持。C3植物水稻（Oryza sativa L.）是人类的主要粮食作物之一，但是却远远没有玉米（Zea mays L.）、高粱（Sorghum bicolor L.）等C4作物的生物量高。究其原因是C4植物的光合效率要比C3植物高。C4植物的叶脉密度要比C3植物高。因此，我们从C3水稻筛选了一批叶脉密度变化突变体，来研究控制叶脉密度的分子机制，进而创造类C4叶脉密度的材料。 本论文以一个水稻叶脉密度增加的突变体为材料，并命名为lvd2（leaf vein density2）。主要研究结果如下: 1、在野生型与lvd2中，旗叶2mm内分别有9条脉和12条脉，lvd2叶脉密度明显增加。与野生型相比，lvd2略矮化，叶片较窄，小脉的面积增大且两个小脉间叶肉细胞数减少。 2、与野生型相比，lvd2的株高，干粒重，结实率，生物量，有效分蘖数均降低;有关光合作用的生理指标，气孔导度，胞间CO2浓度，蒸腾速率均提高，但是光合速率是降低的。 3、通过图位克隆的方法，发现LVD2的3个等位基因，并将这3个突变体分别命名为lvd2-1;lvd2-2;lvd2-3。它们具有相同的表型。lvd2-1是因为在第5个外显子上G变为T，导致相应的氨基酸由甲硫氨酸变为异亮氨酸;lvd2-2是由于在第9个外显子上单碱基A的缺失，导致移码突变，蛋白质翻译提前终止;lvd2-3是因为在第12个外显子上T变为C，导致相应的氨基酸由丝氨酸变为脯氨酸。这三种突变均导致LVD2的失活，初步验证了该基因的功能。LVD2编码一个细胞周期相关蛋白，在禾本科内高度保守。