谷子条纹叶突变体A36-S的细胞学特性分析及基因定位

摘要：

[目的]谷子是C4模式植物,其叶色突变体是研究C4光合途径的良好材料.通过研究谷子条纹叶突变体A36-S的细胞学特性并对突变基因进行定位,为克隆突变基因、解析谷子叶绿体合成及发育机理、进一步理解C4光合调控机制奠定基础.[方法]谷子条纹叶突变体A36-S是由育种创制的中间材料A36自然变异而来.对比A36-S及其正常表型等基因系A36-N的表型特征,调查二者的株高、叶宽、叶长、穗重、千粒重、结实率等农艺性状指标;测定A36-S和A36-N的叶绿素含量、净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率等光合指标,分析A36-S的光合特性;观察A36-S和对照品种豫谷1号的叶片半薄横截切片和超薄切片,分析A36-S叶片解剖结构特征,分别统计叶肉细胞和维管束鞘细胞中叶绿体的数量和面积,从而分析叶绿体合成及发育情况;构建A36-S×SSR41的F2分离群体,统计群体中正常表型单株与条纹叶单株的数量,进行遗传分析;分别构建F2分离群体正常单株与条纹叶单株的DNA混池,采用集团分离分析法(BSA法)进行突变基因的定位;筛选、开发多个SSR标记及In-Del标记,扫描F2群体中条纹叶单株,进行进一步基因定位.[结果]谷子条纹叶突变体A36-S在全生育期表现出叶片不规则白色条纹的表型.农艺性状分析表明,相比其近等基因系A36-N,A36-S在株高、叶宽、穗重、千粒重、结实率等表型上均显著下降.光合指标测定表明A36-S叶片中叶绿素含量明显降低,尤其是叶绿素b含量下降更为严重,同时净光合速率也明显下降.叶片解剖结构观察发现,与对照豫谷1号相比,A36-S的Kranz结构变化并不明显,但叶绿体数量和大小都显著低于对照.观察叶绿体超微结构,发现A36-S的不同细胞间叶绿体发育状况差异较大,依据叶绿体发育情况可将叶片细胞可分为3类:Ⅰ类细胞具有正常发育的叶绿体;Ⅱ类细胞叶绿体基粒及片层结构减少;Ⅲ类细胞则叶绿体结构严重异常甚至不含有叶绿体.遗传分析表明A36-S表型受隐性单基因控制,利用F2分离群体将突变基因定位在第4染色体7.66—27.90 Mb区间内.[结论]谷子A36-S条纹叶突变体表现为农艺性状及光合能力下降,叶片细胞叶绿体的数量、大小及结构均表现出显著异常.条纹叶性状受隐性单基因控制,利用分子标记将候选基因定位于第4染色体7.66—27.90 Mb区间内.

关键词：谷子;条纹叶突变体;叶绿体;基因定位

所属期刊栏目：54

资助基金：国家重点研发计划;中国农业科学院科技创新工程协同创新任务"作物高光效育种生物学基础及核心材料创制";国家现代农业产业技术体系;中国农业科学院科技创新工程特色农作物优异种质资源发掘与创新利用创新团队;湖北省农科院青年科学基金

在线出版日期：2021-08-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：2952-2964