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植物中存在着丰富的叶色变异,迄今已在拟南芥、水稻、玉米、番茄和甘蓝型油菜等许多植物中发现了多种类型的叶色突变体。黄化突变体是最常见的叶色突变体,其是研究叶绿素生物合成、叶绿体结构和发育、光合作用机制、基因功能及核质基因互作等等的理想材料。白菜(.Brassica rapa L.ssp.chinensis)属于十字花科芸薹属芸薹种白菜亚种,是一种重要的叶菜类蔬菜作物。白菜黄化突变体py/m是本课题组利用自日本武藏野种苗公司引进的白菜杂交种’华冠’为试材,通过游离小孢子培养获得的一份全株黄化的双单倍体DH系。本研究在对pylm进行生理生化特性鉴定的基础上,对突变性状的遗传特性进行了分析,利用BSR-Seq方法对黄化突变基因进行了定位。主要研究结果如下:1.突变体pylm形态特征、光合特性及叶绿体解剖特征突变体pylm自种子萌发植株通体黄化,整个生育期黄化表型稳定。植株长势弱小,幼苗下胚轴明显拉长,抽薹开花较早。pylm属于缺总叶绿素型突变体,其气孔导度、蒸腾速率、主要荧光参数以及净光合速率均显著低于对照品系’CK-51’,说明光合色素含量降低影响到了植株的光合作用。pylm叶绿体基粒片层稀疏,结构不规整,垛叠程度低,无淀粉粒沉积。2.突变体pylm叶绿素缺乏原因对突变体pylm叶片中8种主要的叶绿素生物合成中间代谢产物含量进行了测定,发现叶片中ALA、PBG、Urogen Ⅲ、Coprogen Ⅲ和Proto Ⅸ的含量明显低于对照’CK-51’,Mg-Proto IX、Pchlide和Chlide的含量显著高于对照。结合pylm中Chl a含量降低的情况,推测其叶绿素生物合成受阻发生在由Chlide向Chl a酯化的过程。利用qRT-PCR技术,对pylm和对照’CK-51’的34个叶绿素生物合成相关基因的表达模式进行了分析,发现pylm中绝大多数叶绿素生物合成相关基因下调表达,其中HEMA1,CHLI2,POR C,CHLP,cHLG和c4O表达下调显著,说明突变基因影响到了多数叶绿素生物合成相关基因的表达,尤其是叶绿素生物合成代谢通路下游基因的表达。3.突变体pylm下胚轴异常伸长的机制突变体pylm下胚轴的平均长度为4.41cm,明显超过对照’CK-51’的2.63cm。石蜡切片观察表明,pylm下胚轴细胞纵向异常伸长生长导致了下胚轴拉长。利用液相色谱-质谱联用法(LC-MS)财pylm和对照’CK-51’的下胚轴内源激素含量进行了测定,发现pylm中生长素(IAA)含量为444.50ng/g,高于对照’CK-51’的376.32ng/g;赤霉素(GA3)含量469.00 ng/g,远超对照’CK-51’的173.33 ng/g,说明IAA和GA3含量的增加是导致突变体pylm下胚轴异常伸长的重要原因。4.黄化突变基因py1和py2的定位遗传分析表明,突变体pylm的黄化性状是由2对隐性重叠基因py1和py2互作控制。用py/m与正常绿叶大白菜DH系’FT’杂交构建F2分离群体。从F2中选取野生型和突变体表型的植株各100株,构建两个极端RNA混池进行BSR-Seq分析,预测黄化突变基因相关染色体区域位置。利用F4家系1号株系中的1,520株隐性纯合黄化单株进行SSR分析,将黄化突变基因py1定位于A09染色体的Inde1zk125和SSRzk36标记之间,遗传距离分别为0.13cM和0.2 cM。经与大白菜基因组比对,目标区域约258.3kb,包含34个基因。结合BSR-Seq分析结果,预测BraA09004189为黄化突变基因py1的候选基因。BraA09004189编码血红素加氧酶1(Heme oxygenase 1),参与血红素分解代谢过程。经BraA09004189基因全长测序并与对照’CK-51’比较后发现,二者存在1个SNPs差异。对BraA09004189表达模式分析表明,其在对照’CK-51’中的表达水平显著高于pylm。以F4家系3号株系中的341株隐性纯合黄化单株作为定位群体,将黄化突变基因py2定位在A07染色体SSRzk116和SSRzk133标记之间,遗传距离分别为0.7 cM和1.9 cM。上述研究结果,为最终克隆黄化突变基因py1和py2、探明2对基因互作调控叶绿素生物合成的分子机制奠定了基础。