水稻早衰突变体esl6的鉴定与基因定位

摘要

叶片是植物光合作用的主要器官，其衰老是植物生长发育的最后阶段。叶片衰老并不是表面看到的那样，仅仅是黄化、枯死，其是一种受遗传和外界因子（如日照、病害、高温、低温、水涝和干旱等逆境）影响的高度程序化的过程，是植物生命科学研究的热点问题之一（Yoshida,2003）。水稻一旦早衰，其产量和品质都会受到严重影响，研究表明，如果正常成熟期功能叶寿命延长1 d，理论上可使水稻增产2％，实际增产1%左右（刘道宏，1983）。在叶片的衰老过程中，细胞结构、新陈代谢、基因表达调控等都发生了许多变化。从分子和遗传水平研究衰老的调控机制，克隆水稻早衰调控基因以及对其进行功能研究，并对早衰现象进行改良，是提高水稻产量、改善品质的有效途径之一。本研究通过EMS（ethyl methane sulfonate）处理籼型恢复系缙恢10号（Oryza sativa L.ssp. indica）获得一个新的早衰突变体，暂命名为early senescence leaf6(esl6)。本研究以缙恢10号为野生型对照，对突变体esl6的形态特征和农艺性状等进行了调查分析；利用透射电镜等仪器和技术，对突变体进行了细胞学观察等研究；配制西大1A/esl6的定位群体，对esl6进行了基因定位。
　　本研究主要内容包括：⑴在4叶期之前，esl6与野生型相比无明显变化，之后，esl6的叶片发育完整后，叶尖部即黄化早衰，基部则保持正常的绿色，该现象一直持续到开花期，灌浆成熟期，esl6的整个叶片均黄化早衰，野生型植株在相同时期内则一直保持绿色。农艺性状分析发现，esl6的株高极显著低于野生型，进一步分析发现，esl6的穗长显著下降；倒1和倒2节间则极显著降低；倒3和倒4节间则显著升高。此外，剑叶、倒2叶和倒3叶的叶片长度均显著变短，叶片宽度除剑叶变化未到达显著差异外，倒2叶和倒3叶的叶宽显著宽于野生型。esl6的穗实粒数、一次枝梗数和二次枝梗数极显著低于野生型，有效穗数、结实率和千粒重则无显著变化。⑵与野生型相比，esl6叶尖衰老部位的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率都极显著降低；而在叶片基部，esl6的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率则都极显著高于野生型。光合色素含量分析发现，3叶期和5叶期esl6倒1全展叶、心叶的光合色素含量极显著高于野生型；与野生型相比，叶尖衰老部位 esl6的光合色素含量极显著降低，叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量分别降低了68.74%、63.73%、67.99%和57.63%；esl6叶片基部的光合色素含量则极显著升高，叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量分别升高了16.04%、36.96%、19.32%和18.82%。⑶esl6叶尖部和叶基部的过氧化氢（H2O2）、超氧阴离子（O2-）、羟基自由基（·OH）的含量都极显著高于野生型，其中，叶尖部分别升高了99.67%、56.2%、119.33%；叶基部分别升高了37.54%、34.17%、46.45%。与野生型相比，esl6叶尖部的过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）的活性分别升高了50.28%、199.83%、54.48%，都达到极显著的差异水平；esl6叶基部过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）的活性分别下降了17.5%、45.57%，分别达到显著差异水平和极显差异著水平；esl6叶基部超氧化物歧化酶（SOD）的活性则没有变化。⑷透射电镜下观察，esl6叶基绿色部位无明显变化，叶尖衰老部位的细胞形状无变化，但细胞结构遭到严重破坏，主要表现为细胞膜破裂、液泡变大和细胞器不完整；叶绿体结构不规则，基质类囊体破裂，无完整的基粒片层，含有较多淀粉粒。⑸淀粉染色发现，与野生型相比，3叶期esl6的叶片无明显差异，5叶期esl6的倒1全展叶的颜色更蓝，心叶差异不明显；esl6中淀粉、葡萄糖、蔗糖含量分别升高了239.45%、40.03%、53.42%，与野生型相比都达到极显著差异水平，而果糖含量没有显著差异。⑹遗传学分析表明，该突变体受一对隐性核基因调控。利用286株西大1A∕esl6的F2隐性定位群体，最终将ESL6定位在第9染色体Indel标记Sind09-3和Sind09-4之间，物理距离203Kb。

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第1章 文献综述

1.1 植物叶片衰老的三个阶段

1.2 植物叶片衰老的生理生化变化

1.3 衰老与细胞程序性死亡

1.4 植物叶片衰老的影响因素

1.5 植物衰老的机理假说

1.6 水稻叶片衰老的研究进展

第2章 前言

2.1 研究目的

2.2 技术路线

第3章 材料与方法

3.1 实验材料

3.2 生理生化分析

3.3 超显微结构观察

3.4 糖分含量分析

3.5 农艺性状调查

3.6 DNA的提取

3.7 SSR分子标记分析

3.8 遗传图谱的构建

第4章 结果与分析

4.1 esl6的形态鉴定

4.2 esl6的生理生化指标分析

4.3 细胞学观察

4.4 糖类含量分析

4.5 esl6的遗传分析

4.6 基因定位

第5章 讨论与结论

5.1 讨论

5.2 结论

参考文献

致谢

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