摘要
利用正向或反向遗传学的方法，对水稻（Oryza sativa L.）各种突变体进行遗传分析和分子机理研究以及揭示高等植物中许多重要功能基因和生物学进程，具有十分重要的理论和应用价值。本文分别利用正向遗传学方法研究对一个叶色突变体进行了精细定位和基因克隆;利用反向遗传学的方法对一个编码过氧化氢酶B的基因进行了功能研究. 1.水稻白斑叶突变体wlml1的遗传分析与定位 水稻叶色突变体是研究植物叶绿素代谢和叶绿体发育调控机理的理想材料。发掘水稻叶色突变体，已成为水稻功能基因组学研究的一个重要方向。本研究以从籼稻品种TN1(Taichung Native1)的EMS突变体库中筛选出的一个稳定遗传的白斑叶突变体为材料，暂命名为wlml1（White and Lesion Mimic Leaf1）。从表型鉴定、精细定位和基因克隆等方面，对这该突变体进行了初步的研究，主要结果如下: 1)该突变体，四叶期后出现黄斑或白斑，偶尔出现类病斑;灌浆期表现为白斑，成熟后期出现大量类病斑;透射电镜观察，表型部位叶肉细胞叶绿体数目变少，并且降解严重。 2)对叶片色素含量以及光合速率进行测量，发现wlml1突变体色素含量和光合速率下降，同时实时荧光定量PCR检测出与叶绿素代谢及叶绿体发育相关的基因发生了上调或下调。 3)温度处理发现，低温加速wlml1突变体叶片黄化，并能诱发类病斑提前形成。 4)利用wlml/W7衍生的F2群体将该基因定位在第4条染色体上标记P21和P23之间，物理距离约41Kb，该区间内有9个ORFs。 5)基因测序发现ORF5有一个单碱基突变，造成氨基酸的改变;亚细胞定位显示该基因定位于叶绿体中，猜测该基因为目的基因，并已构建相关载体进行后续转基因验证。 2.水稻根长和逆境胁迫相关基因OsCATB的功能研究 根系发育是提高谷物产量的重要目标，活跃的根系统能够更有效地吸收营养物质，是提高谷物产量的关键。通过对之前6号染色体根长相关多个QTL定位的区段分析，结合基因组序列和表达分析，确定了该区段的一个基因LOC_Os06g51150作为候选基因。该基因编码一个过氧化氢酶B(catalase isozyme B，OsCATB)，可能与根的发育有关。CRISPR/CAS9敲除该基因，获得纯合缺失突变体，用于该基因的功能研究: 1)表型统计发现OsCATB敲除突变体根长和株高均没有变化;生理数据显示，突变体根、茎、叶中的H2O2含量、ABA含量以及CAT活性都没有显著变化。 2)对突变体的根茎叶中的OsCATB的表达量进行分析，发现该基因表达存在组织差异性。 3)氮素处理，发现相较于野生型，突变体在全氨态氮和全硝态氮处理下根长变短。
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