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叶色突变是水稻(Oryza sativa)中比较常见的一种突变类型。在基础研究中,叶色突变体表型易于鉴别,是研究植物光合作用、光形态建成及抗病机制等生理代谢过程的理想材料。研究人员已利用水稻叶色突变体发掘和克隆许多控制叶色的新基因,分析鉴定基因功能,了解基因间相互作用,为了解水稻光合遗传调控机理,开展水稻高光效育种提供了理论基础。1水稻黄绿叶突变体637ys突变基因的图位克隆与功能分析植醇链(phytyl residues)是叶绿素(chlorophyll,Chl)和生育酚(tocopherol)共同的侧链。牻牛儿牻牛儿基还原酶(geranylgeranyl reducatase,GGR)负责催化植醇侧链的生物合成。在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中,光捕获like蛋白(lightharvesting like,LHC-like,LIL)LIL3被认为是稳定GGR和原叶绿素酸酯氧化还原酶(protochlorophyllide oxidoreductase)所必需的。实验室在之前的研究中得到一个水稻黄绿叶突变体502ys,并证实其表型是由编码OsGGR的OsCHL P基因突变导致的,该突变体体内积累大量的不饱和侧链的叶绿素。在本研究中,我们从水稻中分离了另一个具有相似表型的黄绿叶突变体637ys,突变体体内也积累大量不饱和侧链叶绿素。突变体中叶绿体发育受到抑制,主要农艺性状显著降低,其中单株有效穗和每穗粒数尤为显著。图位克隆和转基因功能互补证实637ys的突变表型是OsLIL3基因的点突变所造成。OsLIL3基因主要在绿色组织中表达,其编码的蛋白质定位在叶绿体。637ys突变体在很多方面表现出与chl p突变体502ys相似的特征,包括叶绿素成分、对温度和光照强度的敏感性、叶片和籽粒中生育酚的缺乏、以及突变体内OsLIL3、OsCHL P和18个光合作用和叶绿素生物合成相关基因的变化情况。637ys 502ys(lil3 chl p)双突变体内仅仅积累四个双键的不饱和侧链叶绿素,即牻牛儿牻牛儿基叶绿素(geranylgeranyl Chl),并且在三叶期表现出致死的表型。因此,我们认为OsLIL3对OsGGR的功能非常重要,而且叶绿素饱和的植醇侧链被不饱和的牻牛儿牻牛儿基侧链完全替代可能对水稻植株生存是致命的。2水稻黄绿叶突变体501ys突变基因的精细定位与功能分析铁氧化还原蛋白(Ferredoxin,Fd)是一类分子量较小的铁硫蛋白,在各种代谢反应中起传递电子的作用。Fd蛋白具有绑定4个半胱氨酸(Cys)残基的铁硫簇氧化还原中心。除了传统(conventional)Fd蛋白外,还有一类Fd-like蛋白,由于其具有氧化还原中心,但C端有明显的延伸,因此被命名为FdC。目前,FdC蛋白的功能仍然不清楚。在高等植物中,仅有拟南芥的两个FdC基因被鉴定。本实验室在前期研究中得到一个水稻黄绿叶突变体501ys。突变体整个生育期都显现出黄绿叶表型,并且体内叶绿素含量相较野生型有所降低。实验室前期将突变基因定位于第3号染色体长臂上InDel标记C3和C6之间的120 kb区间内,遗传距离均为0.31cM。本研究中,我们进一步将501ys的突变基因精细定位于InDel标记C4和C5间的39.1 kb区域内,遗传距离分别为0.08cM和0.23cM。测序结果表明501ys突变体的LOC_Os03g48040基因编码区发生了单碱基突变,导致该基因编码的氨基酸变化。该基因编码的蛋白质与拟南芥的FdC2(AT1G32550)同源,因此将该基因命名为OsFdC2。将野生型的OsFdC2基因转入突变体中,突变表型恢复为正常植株表型。表达模式分析结果显示OsFdC2基因在叶片中表达最丰富。亚细胞定位结果显示该基因编码的OsFdC2蛋白定位在叶绿体。因此,我们证实水稻501ys黄绿叶表型是由于OsFdC2基因突变所造成的。综上所述,在本研究中,我们通过图位克隆成功鉴定了OsLIL3基因,认为OsLIL3对OsGGR功能非常重要;同时,叶绿素饱和的植醇侧链完全被替换为不饱和的牻牛儿牻牛儿基侧链时,可能对水稻植株的生存是致命的。此外,我们还成功图位克隆了水稻OsFdC2基因,并且证实501ys的黄绿叶表型是该基因的突变导致的。