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《水稻苗期白化致死突變基因asl4的圖位克隆與功能初步分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、水稻苗期白化致死突變基因asl4的圖位克隆與功能初步分析第1章文獻綜述1.1引言光合作用是影響水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一，而葉片是進行光合作用的重要器官，葉色在很大程度上決定了光合作用的效率。葉綠素作為高等植物進行光和作用的重要物質(zhì)之一，功能是捕獲光能并轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。植物的葉片呈現(xiàn)的顏色是由其中含有的各種色素所決定的，由于綠色的葉綠素占優(yōu)勢，所以正常的葉片通常表現(xiàn)為綠色，正常的水稻綠色葉片中葉綠素a和葉綠素b的比例約為3：1[2]。光合作用正是在光合色素的參與下，吸收光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為供植物
2、生命活動需要的碳水化合物的過程。據(jù)統(tǒng)計，水稻植株中90％～95％的碳水物質(zhì)來自于植物葉片的光合作用。因此光合作用的速率與植物中葉綠素的含量以及葉綠體結(jié)構(gòu)與功能有著密切的關(guān)系，已有研究表明水稻的凈光合速率與葉綠素含量是正相關(guān)的[3]。在植物的生命活動中，葉綠體除了參與光合作用外，還參與其它必需的植物功能，如氨基酸、核苷酸、脂肪酸和油脂、植物激素、維生素以及次生代謝物的合成[4]。葉綠體是半自主性細胞器，由前質(zhì)體發(fā)育而來，其正常發(fā)育需要核基因和葉綠體基因的相互協(xié)調(diào)。自然或非自然因素都會導(dǎo)致與葉綠素合
3、成或葉綠體發(fā)育相關(guān)的基因發(fā)生突變，造成葉綠素合成或降解受阻，葉綠體發(fā)育缺陷，最終引起葉色的突變。1.2葉綠素與葉綠體葉綠素是二氫卟吩色素，由原卟啉Ⅸ通過生物合成而形成的，結(jié)構(gòu)上和卟啉色素如含鐵的血紅素類似，在二氫卟吩環(huán)的中央有一個鎂原子(圖1-1)。高等植物中最主要的是葉綠素a和葉綠素b，兩者結(jié)構(gòu)的不同是在葉綠素a的II環(huán)位置3上是1個甲基，而葉綠素b在同樣的位置上有1個醛基。葉綠素在光合作用過程中起著光吸收、能量轉(zhuǎn)換和電子轉(zhuǎn)移的作用[5]。葉綠素的生物合成途徑比較復(fù)雜，相關(guān)基因之間互相調(diào)控，構(gòu)
4、成一個復(fù)雜的合成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。從谷氨酰-tRNA（Glu-tRNA）開始到Chlb合成結(jié)束為止一共有16步，共有20多個基因編碼的16種酶參與完成[6]。葉綠素的合成途徑中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常都可能會影響Chl的合成,從而引起植物葉色突變。目前通過對光合細菌的分子調(diào)控機制研究，將高等植物光合作用的大部分基因已經(jīng)鑒定出[7]。下圖(圖1-2)顯示了在被子植物中葉綠素合成過程[8]。在高等植物的葉肉細胞中一般含50～200個葉綠體，約占細胞質(zhì)的40%，因物種細胞類型，生態(tài)環(huán)境，生理狀態(tài)的差異葉綠體的數(shù)目
5、也有所不同。葉綠體由葉綠體外被(chloroplastenvelope)、類囊體(thylakoid)和基質(zhì)(stroma)構(gòu)成，葉綠體含有3種不同的膜：外膜、內(nèi)膜、類囊體膜以及3種彼此分開的腔：膜間隙、基質(zhì)和類囊體腔[9]。葉綠體是半自主性細胞器，與光合作用有關(guān)的酶分布在基粒和基質(zhì)中。當(dāng)葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)生異常時，其光合色素的含量和組成也會出現(xiàn)異常，導(dǎo)致植物光合能力降低甚至失去光合能力進而出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。因此，葉綠體的發(fā)育異常會導(dǎo)致植物光合作用發(fā)生障礙，進而影響植物生命活動的正常進行。下圖是葉綠體的顯
6、微結(jié)構(gòu)(如圖1-3)。..第2章材料與方法2.1試驗材料本試驗中用到的水稻苗期白化致死突變體asl4是用60Coγ射線照射粳稻嘉花1號誘變而得到的，取其M2代雜合子與秈稻廣占63S雜交獲得F1代，將F1代自交得到的F2代分離群體用于遺傳分析與基因定位。由于突變體在苗期是致死的,因此我們采用雜合體來保存突變性狀，經(jīng)過在上海、海南兩地多代的連續(xù)自交,表現(xiàn)出穩(wěn)定遺傳的特性。.2.2試驗方法2.2.1突變體的表型觀察為了明確asl4植株的突變表型，取突變體asl4和野生型嘉花1號的種子，將其
7、在25℃條件下浸種催芽4d，然后將發(fā)芽后的種子播種在水稻土里，放置在32℃、光照強度為180μmol/（m2.s）的光照培養(yǎng)箱（GXZ智能型，寧波江南儀器廠），每天光照12h，以及自然條件下進行培養(yǎng)，觀察突變體及其野生型嘉花1號的葉色變化情況。2.2.2突變體光合色素含量的測定收集在32℃條件下生長至三葉期的野生型嘉花1號及突變體asl4植株的第三片葉，分別稱取0.02g，剪碎之后放入具塞試管中，然后加混合提取液5mL(乙醇∶丙酮∶水=5∶4∶1)，在常溫的條件下避光浸泡18h，直到葉色褪
8、白為止，使用分光光度計（BECKMANCOULTER-DU720）分別測定在470nm、645nm和663nm波長下上清液的吸光值，各數(shù)據(jù)重復(fù)測量3次取平均值。然后根據(jù)公式分別計算野生型嘉花1號及突變體asl4葉片中的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量[74]我們用雜合基因型單株（ASL4/asl4）與廣占63S雜交后得到F1代，F(xiàn)1自交繁殖后獲得F2代種子，然后在相同條件的培養(yǎng)箱內(nèi)分株系種植F2代，大約有1/2的株系可以分離出白化突變體，觀察并統(tǒng)計可分離株系的葉色分離情況，分析突變體的遺傳方
