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水稻作为全球主要的粮食作物之一,为人类发展发挥了重要作用。但随着全球人口的增加、逐年减少的耕地面积、环境污染的加剧、水资源的匮乏等,放缓了全球粮食增产的步伐,威胁着食品安全,粮食问题也成为了全球最关注的话题之一。怎样进一步提高粮食产量、提高稻米品质也成为当代科学家、育种专家亟需解决的问题。随着分子辅助育种的发展,传统育种进入了新的时期,使其更加精确、高效。高光效育种主要是利用叶绿体进行光合作用、而光合作用与叶色密切相关。因此,挖掘具有高光效潜力的叶色基因既可以丰富理论研究又可以在实践中指导农业生产。 水稻叶色突变体表型变异明显,因而易于观察、利用鉴别。叶色相关基因在水稻叶绿体形成与发育、叶绿素代谢等过程中,具有极其重要的作用。目前,研究发现大部分水稻叶色的产生与叶绿体有关。 本实验研究材料是从中国水稻研究所种质创新组的EMS(Ethyl methanesulphonate)突变体库中筛选出的一个水稻白条纹叶突变体,命名为fs2(finstripe2)。突变体在海南种植时与野生型相比主要特征为:苗期主要在分蘖叶片上形成纵向的条纹,成熟期所有叶片都出现白条。在杭州富阳时苗期表型与海南时相同,但成熟期叶色与野生型相差不大。通过对fs2突变体遗传分析,确定了该突变的遗传特性,利用图位克隆染色体步移原理对fs2基因进行了精细定位,论文主要取得了如下几项结果: (1)叶色突变体fs2单株种植的后代全部表现为白条纹叶性状,说明该突变白条纹叶性状能够稳定遗传。另外,通过突变体与籼稻品种TN1杂交分离群体F2代的调查,野生型与突变体比例基本符合3∶1的分离比,遗传分析表明其还受单隐性核基因控制。 (2)透射电镜观察结果显示,突变体较野生型叶绿体类囊体的基粒片层减少,且排列紊乱,嗜饿颗粒数目增加。 (3)利用F2群体中表现为突变体表型的单株进行图位克隆,通过对突变体基因fs2进行初定位,将其定位于水稻第1号染色体标记RM3252和RM5336区域间,两标记之间物理距离为15.8cM。之后又发展了10对InDel标记进行基因的精细定位,最终将该基因定位在InDel标记gcw4和gcw5之间物理距离为60kb的区间内。 (4)温度梯度与光照处理实验表明温度与光周期影响突变体表型,24℃恒温培养条件下,突变体的表型明显,表明低温能够诱导白条纹的产生;与长日照相比(光照16h,黑暗8h)突变体在短日照(光照8h,黑暗16h)条件下,突变体表型比较明显,NaCl模拟盐处理实验表明突变体的抗逆能力没有野生型强。