水稻叶片早衰及盐敏感基因OsLES的精细定位及生理分析

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水稻是世界上最重要的粮食作物之一,也是我国60%以上人口的主食。在我国,随着人口的不断增加和土地面积的减少,对于水稻产量增加的要求越来越迫切。因此,培育高产、优质水稻品种,不断提高水稻单产,是确保我国粮食安全的第一重任。  叶片是水稻最重要的光合器官,据理论推算,水稻籽粒灌浆的60%-80%营养物质来自叶片的光合作用。因此水稻抽穗到灌浆期间,功能叶的过早衰老,将影响水稻灌浆速度,进而导致产量和品质下降。研究表明,若在水稻籽粒灌浆后期设法延长水稻功能叶片的寿命1天,稻谷产量可以增加1%-2%左右。因此,开展水稻叶片衰老相关研究对于揭示衰老的分子机理,培育抗衰老高产优质水稻品种具有重要的意义。本课题组利用60Co辐射诱变中籼品种自选1号,获得了一个隐性突变的叶片早衰及盐敏感突变体osles((o)ryza(s)ativa(l)eaf(e)arly-senescence and(s)alt-sensitive,osles)。利用图位克隆方法成功分离出了该基因(OsLES),为进一步阐明叶片早衰的分子机制奠定基础。主要研究结果如下:  1 osles突变体的表型及其主要农艺性状  osles突变体从分蘖期开始叶片就出现早衰,主要表现为叶尖和叶边缘变黄,伴有红褐色斑点。与野生型相比,osles突变体的株高、有效穗、每穗粒数、千粒重、结实率、籽粒的宽度均显著降低,其中株高、每穗粒数和结实率下降最多。  2 osles突变体的耐盐特性  在100mmol L-1 NaCl胁迫下处理7天后,osles突变体叶片卷曲枯萎,而且植株高度和生物量显著下降。恢复生长5天后,有12.4%的突变体萎焉枯死,而且处理后的突变体生长速度明显慢于处理后的野生型对照。  3 osles突变体的主要生理生化分析  与野生型相比,突变体除倒1叶外,倒2叶和倒3叶在分蘖期的叶绿素含量均显著降低,而POD活性则在倒1叶、倒2叶和倒3叶中依次显著升高;突变体3片叶片的MDA含量均高于野生型15%左右。除倒1叶外,突变体的SOD活性均显著高于野生型。此外,突变体和野生型三片叶中的可溶性蛋白含量依次下降,但突变体的倒1和倒2叶中的可溶性蛋白含量显著高于野生型,而倒3叶则相反。  4 osles突变体叶片的扫描和透射电镜观察  扫描电镜结果显示,osles突变体抽穗期剑叶叶片上、下表面气孔数较野生型均明显增多,突变体下表面光滑无刺毛,野生型下表面粗糙有刺毛。透射电镜结果显示,与野生型相比,突变体抽穗期剑叶叶绿体发生皱缩,类囊体边缘模糊严重肿胀,出现大量解体现象,叶绿体内形成大量嗜锇颗粒。  5 osles突变体的种子萌发  种子萌发结果显示,在正常情况下野生型种子最终的发芽率比突变体高29%,而经100mM NaCl、200mM NaCl和10% PEG6000、20% PEG6000处理后,突变体种子的发芽率显著低于野生型,特别是在200mM NaCl和20%PEG6000处理下,突变体种子发芽率分别仅有4%和8%,分别比野生型降低了96%和70%。  6 OsLES基因的定位  遗传分析表明osles突变体表型受一隐性基因控制,借助图位克隆的手段,将该基因定位于水稻第6号染色体长臂上210kb物理距离范围内。经基因组测序发现,osles突变体中在210kb的候选区间内一注释基因LOC_Os06g45120(编码液泡H+-ATPase-A)的ORF区发生1个碱基(C)缺失造成移码突变。通过对定位群体F2中正常表型与早衰表型中该基因的重测序和酶切验证,证实在突变体中确实存在该碱基的缺失突变。
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