水稻是世界上重要的粮食作物之一,提高植株光合效率,是保证水稻增产的关键。叶绿体是光合作用的主要场所,可以将光能通过一系列生理生化反应,转化为可以稳定存在于有机物中的化学能,从而为生物的各项生命活动提供能量基础。叶色突变是由于植物的叶色发生改变而产生的,在对植物叶绿体功能结构的研究中起着关键作用,更是深入探寻光合作用机制的重要材料。由于叶色突变体性状极易识别,在育种工作中通常作为标记性状,用于优良品种的繁育以及杂交种的筛纯。本文中所研究的水稻黄化转绿叶色突变体k2,是一个新的叶色突变体。该突变体是在粳稻品种Kitaake转基因组培过程中获得,经过多代自交,黄化转绿性状稳定遗传。本文通过对该黄化转绿突变体k2进行表型观察,农艺性状调查、光合色素以及其他生理生化性质检测,研究分析该突变体的特征,同时构建了 F2群体,对突变体进行遗传分析和基因定位,初步确定了控制黄化转绿突变表型的候选基因。主要研究内容及结果如下:1.表型观察以及主要农艺性状的调查:突变体k2在第三叶长出之前,叶片均表现为黄化,自第三叶期后期起,由叶尖开始转绿,随着植株生长,至六叶期末期叶片叶色全部转为绿色,但整体与野生型相较更浅。随后,我们在突变体的成熟期,对其主要的农艺性状进行调查,结果显示,突变体的株高下降了 18.06%、穗长减少了 36.64%、结实率下降了 24.93%。2.光合色素含量的测定:分别测定突变体k2与野生型在二叶期、四叶期、六叶期,这三个不同时期的光合色素含量,结果显示,突变体k2于两叶期时,总叶绿素含量只有野生型的25.94%。随着叶片开始转绿,总叶绿色含量上升为野生型的57.14%。在叶片转绿后,突变体的总叶绿素含量恢复至野生型的85.71%。实验说明,随着突变体k2植株的生长,叶片黄化性转逐渐消失,其叶绿素的含量亦随之上升。3.抗病性的检测:研究表明,某些叶色突变体除了表型叶色的变化之外,在抗病性也会产生不同程度的改变。因此我们利用对Kitaake致病的稻瘟病生理小种Zhong10-8-14采用物理穿孔的方法接种野生型与突变体叶片,并观察其发病情况,在接菌后第五天对病斑大小进行量化统计,结果显示,突变体的病斑较野生型更大,且发展更快。随后,我们通过荧光定量PCR的方法进一步检测了在接种水稻稻瘟病Zhong10-8-14后,不同时间点下野生型与突变体中的病程相关基因(PR基因)表达情况。从中发现,突变体中PR基因的表达受到病原菌诱导,但其表达量相对野生型而言较低,且呈现一定的滞后性。4.遗传分析:为了明确k2的遗传模式,我们利用突变体k2分别与正常叶色的水稻品种Jodan及C418进行正反交。结果显示,所得到的F1代植株叶色均表现为正常,而在F2群体中,在苗期出现明显的叶片黄化植株与正常叶色植株的性状分离,经过卡方检测发现该分离比符合3:1,说明该突变性状是由一对细胞核隐性基因所控制。5.基因定位及候选基因分析:利用黄绿叶色突变体k2与美国光叶稻Jodan杂交构建F2群体,采用集体离群分离分析的方法构建3个隐性池对目的基因进行定位,选取了实验室引物库的178对SSR分子标记进行了多态性筛选,并同时开发InDel标记对基因进行定位。最终将目的基因定位于RM333与RM24898之间大约250kb的位置。之后根据网站 Gramene(http://www.gramene.org/)与 Rice Genome Annotion Project(http://rice.plantbiology.msu.edu/)上的信息找出了该区间内所包含的全部16个基因,对其中有功能注释的11个基因进行了分析,从中初步判断出2个可能的候选基因,为突变体的进一步研究奠定基础。