摘要
叶片是植物进行光合作用的主要场所，其光合产物占稻谷总产量的90％以上，因此，增加叶片光能利用效率对提高作物产量和改善其品质具有重要的意义。叶片颜色是植物光合色素含量的体现，直接与净光合速率相关;叶片适度变窄、微卷可改善作物群体结构，增加受光面积，有利于群体最大限度的利用光能，因而在水稻理想株型育种中具有重要的应用价值。目前，在水稻中已克隆了NAL1、NAL2/NAL3、NAL7和NAL9四个窄叶基因，除NAL9外，均与生长素的合成和极性运输有管。常规育种中，在水稻保持系繁育田B78编号中发现了一株叶片显著变窄且上表面白化的自然变异突变体。因2012年王峰等报道了一个类似的窄叶白化突变体，新发现的突变体与其定位在同一区间，因此将新鉴定的突变体暂命名为nul1(t)(narrow and upper-albino leaf1，temporarily)。本文对nul1(t)进行了形态学鉴定、光合色素含量分析、光合参数测定、石蜡切片观察，并进行了遗传分析、精细定位、候选基因鉴定和等位突变体的筛查等研究。主要结果如下: 1.nul1(t)的表型分析和农艺性状调查 田间种植情况下，nul1(t)的叶片全生育期均变窄，同时叶片正面出现不规则的白化，背面为正常的绿色。苗期，nul1(t)倒1叶、倒2叶和倒3叶的叶宽仅分别为野生型的50.11％、50.90％和62.13％，极显著下降;叶片长度除倒3叶显著变短外其它与野生型相比未改变。nul1(t)的籽粒长、籽粒宽、结实率和千粒重均显著或极显著低于野生型，有效穗则显著高于野生型。 2.nul1(t)的光合色素含量和光合参数测定 开花期测定光合色素含量，发现与野生型相比，除剑叶叶绿素a含量显著降低外，nul1(t)三片功能叶的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均无显著变化。nul1(t)剑叶的气孔导度Gs显著低于野生型，净光合速率Pn和蒸腾速率Tr虽然略低于野生型，但未达到显著差异水平，同时，由于Tr下降幅度大于Pn，导致nul1(t)的水分利用率WUE略有提高，但也未达到显著差异水平，这与光合色素含量测定的结果较为一致。 3.nul1(t)叶片的细胞学观察 开花期，nul1(t)剑叶的主叶脉数为7.17个，次叶脉数为34个，极显著小于野生型的9.83个和45个。主叶脉间的次叶脉数量没有显著变化，但相邻次叶脉间的距离极显著变小，仅为野生型的69.54％。进一步分析发现，野生型次叶脉间的细胞平均有11层，而突变体nul1(t)的则仅为7层，细胞数量的减少是导致nul1(t)叶片变窄的主要原因。在叶肉细胞最薄处，nul1(t)为7层细胞，显著高于野生型的5层，推测该部分叶肉细胞的增多补偿了上表面叶肉细胞的白化，从而使nul1(t)的光合色素含量下降不显著。 4.nul1(t)的遗传分析 以nul1(t)为母本，缙恢10号为父本，配制杂交组合，F1植株表型正常。F2群体中出现正常和突变两种类型，正常株2458株，突变株806株，卡方测定符合3∶1的分离比例（x2=0.16＜x20.05=3.84）。同时发现，突变型的叶片均表现窄叶和上表面白化两种性状，与nul1(t)类似，暗示突变体的窄叶和叶片上表面白化性状可能受同一对隐性核基因调控。 5.NUL1(t)的精细定位 以806株nul1(t)/缙恢10号的F2隐性单株为定位群体，利用SSR和Indel等标记最终将NUL1(t)精细定位在第7染色体Indel标记Ind07-1和Ind07-5之间，物理距离约为51.5 kb。根据水稻基因组注释网站RGAP等提供的信息，该区间含有4个注释基因，分别编码表达蛋白、CHR4/MI-2-LIKE蛋白、N-糖酰胺酶和MYB转录因子。 6.NUL1(t)候选基因鉴定 对NUL1(t)精细定位区间内的4个注释基因进行测序，结果发现，与野生型相比，nul1(t)中的CHR4/MI-2-LIKE蛋白编码基因LOC_Os07g31450在编码框第2936个碱基处发生了G-A的碱基替换，导致氨基酸由野生型的丝氨酸变为突变型的天冬酰胺。因此，我们将LOC_Os07g31450初步判定为NUL1(t)的候选基因。 7.NUL1(t)基因的确定 2013年，西南大学水稻研究所利用EMS诱变籼型水稻保持系西大1B，在其后代鉴定到4个窄叶且叶片上表面白化的突变体，表型与nul1(t)类似，暂命名为nul1(t)-1、nul1(t)-2、nul1(t)-3和nul1(t)-4。分别与nul1(t)杂交，nul1(t)/nul1(t)-2和nul1(t)/nul1(t)-3杂交组合的F1植株表现突变型，F2群体无分离，表明nul1(t)-2和nul1(t)-3为nul1(t)的等位突变体，测定其基因组序列，结果发现，与野生型西大1B相比，nul1(t)-3中的LOC_Os07g31450在编码框第3039个碱基处发生了A碱基的缺失，造成移码突变，这进一步证明了LOC_Os07g31450就是NUL1(t)的目的基因。
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