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水稻脆性突变体w7bc5的生物学特性研究陆荷微;刘斌美;陶亮之;叶亚峰;吴振宇;范爽;吴跃进;王钰【摘要】A brittle culm mutant w7bc5 was obtained from japonica ricewyj7 by heavy ion irradiation. The fertility and thousand-seed weight ofw7bc5 mutant reduced,while other agronomic characters changed slightly. The w7bc5 mutant showed 29.8% less breaking-resistant strength and 26.7% less cellulose content compared to wild type plant,while hemi-cellulose increased evidently, no signifi-cant difference has been found in contentsof lignin and SiO2. Results from analyzing soluble sugar contents of w7bc5 and wild type showed a 12.8 mg/g difference during heading stage,which further extended to 62.9 mg/g.%w7bc5是重离子辐照诱变粳稻品种武运粳7号(wyj7)获得的一个脆性突变体.农艺性状分析发现,w7bc5突变体千粒重与结实率略有下降,其他农艺经济特征仍保持较好品质;茎秆抗折力比wyj7野生型下降29.8%,田间手折极易脆断;w7bc5突变体茎秆纤维素含量比wyj7野生型减少26.7%,半纤维素含量显著升高,叶片细胞壁主要成分含量的变化趋势与茎秆中的保持一致;抽穗期后w7bc5与wyj7茎秆中可溶性糖含量的差距逐渐拉大,从12.8mg/g增加到62.9 mg/g.【期刊名称】《生物学杂志》【年(卷),期】2018(035)001【总页数】4页(P1-4)【关键词】水稻;脆性突变体;细胞壁;纤维素;可溶性糖【作者】陆荷微;刘斌美;陶亮之;叶亚峰;吴振宇;范爽;吴跃进;王钰【作者单位】安徽大学资源与环境工程学院,合肥230601;中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所,合肥230031;中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所,合肥230031;中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所,合肥230031;安徽大学资源与环境工程学院,合肥230601;中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所,合肥230031;中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所,合肥230031;安徽大学资源与环境工程学院,合肥230601【正文语种】中文【中图分类】S511水稻脆性突变体是一种经典的形态学突变，植株的茎秆和叶片等组织脆性增加，是水稻突变类型中常见的一种[1]。
水稻脆性突变体叶的解剖结构和化学特性韦存虚;谢佩松;周卫东;陈义芳;严长杰【期刊名称】《作物学报》【年(卷),期】2008(34)8【摘要】植物机械强度是一个十分重要的农艺性状,为了解作物控制机械强度的机制,本文对一个水稻脆性突变体[bc7(t)]叶进行了细胞学观察及叶细胞化学组成分析.光镜和电镜观察都发现突变体厚壁细胞的细胞壁变薄;对细胞壁成分的化学分析显示突变体纤维素含量明显低于对照,硅含量明显升高,而木质素变化不明显;木质素的组化反应也显示了木质素在突变体和对照之间差异不大;X-射线微区分析表明,硅元素在突变体叶表面明显提高.上述结果表明,突变体叶纤维素含量的降低影响了厚壁细胞次生壁的形成,导致细胞壁变薄,机械强度降低,硅含量的升高有助于突变体增强机械强度.【总页数】7页(P1417-1423)【作者】韦存虚;谢佩松;周卫东;陈义芳;严长杰【作者单位】扬州大学生物科学与技术学院;扬州大学生物科学与技术学院;扬州大学测试中心;扬州大学测试中心;教育部植物功能基因组学重点实验室,江苏省作物遗传生理重点实验室,江苏扬州,225009【正文语种】中文【中图分类】S5【相关文献】1.水稻脆性突变体w7bc5的生物学特性研究 [J], 陆荷微;刘斌美;陶亮之;叶亚峰;吴振宇;范爽;吴跃进;王钰2.水稻"斑马叶"突变体B411叶绿体超微结构的观察 [J], 邱义兰;李红;彭克勤;刘珠丽;陈松;刘如石;梁满中;陈良碧3.水稻矮化宽叶突变体osdwl1的生理特性和基因定位 [J], 黄妍;贺焕焕;谢之耀;李丹莹;赵超越;吴鑫;黄福灯;程方民;潘刚4.水稻脆性突变体nbc(t)的主要特性和脆性基因的初步定位 [J], 王川丽;王令强;牟同敏5.功能叶早衰突变体水稻后期自然衰老的生理特性研究 [J], 王复标;戎玲玲;安婷;余世洲;孙惠敏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水稻脆秆突变体b c １６的鉴定和基因精细定位舒亚洲㊀曾冬冬㊀秦冉㊀金晓丽㊀郑希㊀石春海∗(浙江大学农业与生物技术学院农学系,杭州３１００５８;∗通讯联系人,E Ｇm a i l :c h h s h i ＠z ju ．e d u ．c n )I d e n t i f i c a t i o na n dG e n eF i n e M a p p i n g o f a B r i t t l eC u l m１６(b c １６)M u t a n t i n R i c eS HU Y a Ｇz h o u ,Z E N G D o n g Ｇd o n g,Q I N R a n ,J I N X i a o Ｇl i ,Z H E N G X i ,S H I C h u n Ｇh a i ∗(C o l l e g eo f A g r i c u l t u r ea n d B i o t e c h n o l o g y ,Z h e j i a n g U n i v e r s i t y ,H a n g z h o u３１００５８,C h i n a ;∗C o r r e s p o n d i n g au t h o r ,E Ｇm a i l :c h h s h i ＠z ju ．e d u ．c n )S HU Y a z h o u ,Z E N GD o n g d o n g ,Q I NR a n ,e t a l ．I d e n t i f i c a t i o n a n d g e n e f i n em a p p i n g of a b r i t t l e c u l m１６(b c １６)m u Ｇt a n t i n r i c e ．C h i n JR i c eS c i ,２０１６,３０(４):３４５Ｇ３５５．A b s t r a c t :B r i t t l e c u l m m u t a n t s a r eo n eo f t h e i m p o r t a n tm a t e r i a l s t os t u d yp l a n tm e c h a n i c a l s t r e n gt h ．Ab r i t t l ec u l m m u t a n t n a m e da s b c １６(b r i t t l ec u l m１６)w a s i s o l a t e df r o m N i p p o n b a r et h r o u g hE M S (E t h y lM e t h a n eS u l ph o n a t e )t r e a t m e n t ．C o m p a r e dw i t hw i l d t y p e ,b c １６f e a t u r e d f r a g i l ea n de a s i l y b r o k e ns t e m s ,l e a v e s ,r o o t s ,l o w e r p l a n th e i gh t a n d f i l l e d g r a i n s p e r p a n i c l e ,s h o r t e r p a n i c l e l e n g t ha n d m a i nr o o t l e n g t h ．T h ec o m p o n e n t sa n a l ys i so f s t e mc e l lw a l l s h o w e d t h a t t h e c e l l u l o s e c o n t e n t i n b c １６m u t a n tw a s s h a r p l y d e c r e a s e d ,w h i l e h e m i Ｇc e l l u l o s e c o n t e n tw a s e v i d e n t l yi n Ｇc r e a s e d a n dn o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c eh a db e e n f o u n d i n t h e l i g n i n c o n t e n t b e t w e e n b c １６m u t a n t a n dw i l d t y pe ．T h e c e l l s h a p e a n da r r a n g e m e n t of p a r e n c h y m a c e l l s i n b c １６m u t a n t b e c a m e i r r eg u l a r a n d d i s o r d e r e d ．M o r e o v e r ,th e p a r e n c h ym a c e l lw a l l s a n d t h e s e c o n d a r y c e l l w a l l s o f s c l e r e n c h y m a c e l l s i n b c １６m u t a n t u n d e r t h e e p i d e r m i s l a y e rw e r e t h i n n e r t h a n t h o s e i nw i l d t y p e ．T h er e s u l t so f g e n e t i ca n a l y s i s r e v e a l e dt h a t t h em u t a n t t r a i tw a sc o n t r o l l e db y as i n gl er e c e s s i v e g e n e ,w h i c hw a sm a p p e d i n a ６６．６Ｇk b r e gi o n b e t w e e n I n D e l (i n s e r t i o n Ｇd e l e t i o n )m a r k e r s ２ＧFa n d ２ＧHo n c h r o m o s o m e ２w i t h７c a n d i d a t e g e n e s ．A m o n g t h e s e g e n e s ,O s ０２g０７３８９００,w h i c h i sa l l e l i c t o B C ３g e n e ,w a s s p e c i a l l y f o c u s e do n ．T h e r ew a s aTt oAs u b s t i t u t i o n a t t h e v e r y e n d o f t h e １３t h i n t r o n o f O s ０２g０７３８９００w h i c hw a s a t t h e ５１１３t hb a s e l oc a Ｇt i o n f r o mi n i t i a t i o n c od o nb y se q u e n c i n g ,w h i c h l e d a n s p l i c i n gf o r w a r dm u t a t i o n i n t h e p r o c e s s o f t r a n s c r i pt i o n ,a n d s i x n u c l e o t i d e sw e r e c u t i n t om R N Aa s a r e s u l t ,w h i c h f i n a l l y c a u s e t h e s t o p o f t r a n s l a t i o n ．A d d i t i o n a l l y,i n t h em u t a n t ,t h e r ew e r e s i g n i f i c a n t d e c r e a s e i n t h e e x p r e s s i o n o f b c １６g e n e i n r o o t s ,c u l m s a n d l e a v e s b yr e a l Ｇt i m eP C R m e t h o d ．T h e b c １６m i g h t a f f e c t t h e s y n t h e s i s o f s c l e r e n c h y m a s e c o n d a r y c e l l w a l l a n d p a r e n c h y m a p r i m a r yc e l l sw a l l ,w h i c h c o u ld a f Ｇfe c t t h em e c h a n i c a l s t r e n gt ho f r i c e s t e m．K e y wo r d s :r i c e ;b r i t t l e c u l m ;g e n em a p p i n g ;c e l lw a l l s y n t h e s i s 舒亚洲,曾冬冬,秦冉,等．水稻脆秆突变体b c １６的鉴定和基因精细定位．中国水稻科学,２０１６,３０(４):３４５Ｇ３５５．摘㊀要:脆秆突变体是一类研究植物机械强度的重要材料.利用E M S(甲基磺酸乙酯)诱变粳稻品种日本晴,筛选获得一个脆秆突变体,命名为b c １６(b r i t t l e c u l m １６).与野生型植株相比,b c １６茎秆㊁叶片和根明显变脆,而株高㊁穗粒数降低,穗长和主根长变短.茎秆细胞壁成分分析表明,b c １６纤维素含量显著低于野生型植株,半纤维素含量则显著增加,而木质素含量差异不显著.突变体b c １６薄壁细胞形状无规则㊁排列紊乱,表皮层下厚壁细胞次生壁和薄壁细胞壁变薄.遗传分析表明b c １６突变体由隐性单基因控制,位于水稻第２染色体长臂端I n D e l 标记２ＧF 和２ＧH 间６６．６k b 的区间内.该区间共有７个候选基因,其中O s ０２g ０７３８９００是b c ３脆秆基因的等位基因.测序结果表明,b c １６突变体中的O s ０２g０７３８９００基因从A T G 开始第５１１３位,在第１３内含子近末端发生了TңA 的置换,导致转录过程中该内含子末端６个核苷酸被剪切到m R N A 中,最终导致翻译提前终止.实时荧光定量P C R 结果表明O s ０２g０７３８９００基因在b c １６脆秆突变体根㊁茎㊁叶中的表达量降低.b c １６基因可能通过调控厚壁组织次生细胞壁和薄壁细胞初生壁的合成来影响水稻茎秆机械强度.关键词:水稻;脆秆;基因定位;细胞壁合成中图分类号:Q ３４３．５;Q ７５４㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀文章编号:１００１Ｇ７２１６(２０１６)０４Ｇ０３４５Ｇ１１收稿日期:２０１５Ｇ１２Ｇ１４;修改稿收到日期:２０１６Ｇ０２Ｇ２６.基金项目:国家科技支撑计划资助项目(２０１１B A D ３５B ０２);浙江省科技厅水稻产业科技创新服务平台;高等学校学科创新引智计划资助项目(G r a n tB １４０２７);浙江省重大科技攻关专项(２０１２C １２９０１Ｇ２);教育部创新团队资助项目(I R T １１８５).５４３中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i ),２０１６,３０(４):３４５－３５５h t t p ://w w w．r i c e s c i ．c n D O I :１０．１６８１９/j．１００１Ｇ７２１６．２０１６．５１８４㊀㊀植物机械强度是一种重要的农艺性状,直接影响着作物的抗倒性.研究表明,引起水稻倒伏的主要原因是茎秆机械强度不足[１].植物细胞壁是由多糖㊁蛋白质等成分组成的复杂网状结构,支撑着植株形态的建成[２,３].作为植株骨架的细胞壁,其主要成分是纤维素㊁半纤维素和木质素,这些成分含量的高低密切影响着植株的机械强度.植物机械组织主要对植株起支撑和保护作用,可分为厚壁组织和厚角组织两类,其中位于维管组织周围和表皮层以下的几层厚壁细胞起着主要的支持作用,是影响水稻茎秆强度的主要结构因子.脆秆突变体是一类茎秆机械强度降低㊁脆性增加的材料.一般而言,水稻脆秆突变体在细胞壁成分上通常会表现出纤维素含量降低,在结构上表现为厚壁组织次生细胞壁变薄[４,５].脆秆突变体是一类比较常见的突变体,拟南芥[６]㊁大麦[７,８]㊁小麦[９,１０]和水稻[１１]等植物中均已发现该类突变体.目前,发现并命名的水稻脆秆突变体有２０多个,如b c９３１１Ｇ１㊁N B C(t)㊁d b c１等[１２Ｇ１４],已精细定位或克隆了B C１~B C８㊁B C１０~B C１２㊁B C１４和B C１５等基因,并对B C１㊁B C３㊁B C６㊁B C７㊁B C１２㊁B C１４㊁B C１５等基因的功能进行了研究,研究表明多数脆秆基因参与了纤维素的代谢[１５].L i 等[１６]克隆了可编码C O B R A蛋白的基因B C１,该基因突变后会引起水稻细胞壁的次生壁变薄,纤维素含量降低,半纤维素和木质素含量增加等.H i r a n o 等[１７]和Z h a n g等[１８]发现水稻脆秆突变体b c３,该突变体表现出根㊁茎㊁叶变脆易折断,根长变短,厚壁组织细胞壁和薄壁细胞壁变薄等特点,进一步研究表明水稻脆秆基因B C３编码１个经典的发动蛋白家族O s D P R２B蛋白,参与水稻次生壁的合成.K oＧt a k e等[１９]对位于第９染色体上的不完全显性基因B C６进行研究,结果表明该基因参与了编码纤维素合酶催化亚基,其突变后能够显著降低纤维素含量. Y a n等[２０]从６０C oＧγ射线诱导粳稻品种中花１１中获得脆秆突变体b c７(t),将编码纤维素合酶亚基突变基因定位于水稻第１染色体长臂８．４k b的区域内. Z h a n g等[２１]在粳稻品种C４１８发现的脆秆突变体b c１２,其纤维素含量变化不明显,而半纤维素含量增加了５０％,纤维素微纤丝方向发生改变和木质素含量显著增加引起植株茎秆变脆;进一步研究发现编码水稻驱动蛋白B C１２是一个双靶向驱动蛋白,在细胞核和细胞质中均有分布,主要参与了细胞分裂中微管的排列.Z h a n g等[２２]研究显示,B C１４编码的水稻核苷酸糖转运蛋白O s N S T１位于高尔基体上,该基因突变可导致细胞壁纤维素含量降低,从而引起植物机械强度的下降而表现脆性.W u等[２３]在中花８号胚性愈伤组织中获得了一个稳定遗传的脆秆突变体b c１５,其纤维素含量较野生型降低２３％,而阿拉伯糖和木糖分别增加５８％和７７％;该基因已定位于第９染色体标记M２和M３之间１１４k b内,序列分析发现O s０９g０４９４２００基因编码区发生了一个错义突变,导致２１３位丙氨酸突变成亮氨酸;蛋白功能研究表明B C１５编码了一个膜相关的类几丁质酶蛋白,其突变会导致纤维素含量的降低,进而导致茎秆机械强度的下降.虽然已有的水稻脆秆突变体和基因对于茎秆机械强度分子机理的揭示起到了重要的作用,但是其分子机理有待进一步深入研究.发掘新的脆秆突变体,定位和克隆新的脆秆基因,有助于进一步揭示茎秆机械强度的分子机理.本实验室通过E M S诱变粳稻品种日本晴,获得了一个脆秆突变体b c１６,从表型㊁生理㊁遗传等方面对该突变体进行鉴定,明确了相应的遗传特性,并对该突变基因进行了精细定位;同时采用实时荧光定量P C R对b c１６基因在根㊁茎㊁叶中表达量进行了分析.通过对该突变体的研究,有利于进一步了解水稻茎秆机械强度的分子机理,为水稻抗倒育种提供理论依据和材料基础.１㊀材料与方法１．１㊀材料利用E M S诱变粳稻品种日本晴(N i p p o nＧb a r e),从中筛选到一个脆秆突变体,经多代连续自交,突变性状能够稳定遗传,命名为b c１６(b r i t t l e c u l m１６).遗传分析和定位群体分别为突变体与日本晴和明恢６３杂交形成的F２.１．２㊀突变体表型分析２０１５年５月将脆秆突变体b c１６和野生型日本晴种植于浙江大学实验农场,各个材料种植８行,每行６株,株行距为１７c mˑ１７c m.成熟时随机选取１０株野生型和突变体,分别统计株高㊁主穗长度㊁剑叶长㊁节间长度㊁总粒数㊁结实率等性状.１．３㊀纤维素㊁半纤维素㊁木质素含量测定采用v a nS o e s t等[２４]的方法测定成熟期茎秆纤维素㊁半纤维素和木质素含量,稍有改进(消泡剂使用nＧ辛醇代替十氢化萘).采用上海新嘉电子有限公司C X CＧ０６粗纤维测定仪测定中性洗涤纤维和酸６４３中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i)㊀第３０卷第４期(２０１６年７月)性洗涤纤维含量,用意大利公司生产的V E L PC S F 膳食纤维测定仪测定纤维素含量.３次重复,利用E X C E L分析实验结果.１．４㊀细胞学观察１．４．１㊀石蜡切片观察切取成熟期突变体b c１６和日本晴茎秆倒一节间中间部位１c m组织,将样品用F A A固定液(３８％甲醛５m L,冰醋酸５m L,７０％酒精９０m L)固定２４h.样品经脱水㊁包埋㊁切片㊁脱蜡后用间苯三酚染色,倒置荧光显微镜拍照(N I K O N E C L I P S E T IＧS R).１．４．２㊀透射电镜观察取成熟期突变体b c１６和日本晴倒一节中间部位１c m组织,用刀片纵切成５~６个小片.样品于２．５％戊二醛溶液中４ħ下固定过夜,经漂洗㊁包埋等处理后利用R e i c h e r t超薄切片机切取７０~９０n m 薄片.切片在柠檬酸铅溶液㊁醋酸双氧铀５０％乙醇饱和溶液中各染色１５m i n,之后采用透射电镜(H iＧt a c h iHＧ７６５０)观察㊁拍照.１．５㊀b c１６突变体基因定位和测序采用M i c h e l m o r e等[２５]提出的B S A(B u l kS e gＧr e g a t i o nA n a l y s i s)法,在定位群体中分别取突变和正常单株各１２株,利用C T A B法提取单株D N A,将其浓度均调至２００n g/μL.突变株和正常单株的D N A分别取５０μL构成突变池和正常池.利用本实验室在日本晴和明恢６３中筛选到的３３４对多态引物对两个池进行连锁标记筛选,对得到的连锁标记用F２群体突变单株进行验证.利用G r a m e n e (h t t p://w w w．g r a m e n e．o r g)数据库和N C B I序列匹配数据库(h t t p://b l a s t．n c b i．n l m．n i h．g o v/B l a s t．c g i?P A G E＝M e g a B l a s t&P R O G R AM＝b l a s t n& B L A S T_P R O G R AM S＝m e g a B l a s t&P A G E_T Y P E ＝B l a s t S e a r c h&B L A S T_S P E C＝b l a s t２s e q& Q U E R Y＝&S U B J E C T S＝)以及D N A S T A R等软件设计新引物,进一步进行精细定位.根据水稻基因组注释计划数据库(h t t p://r i c e．p l a n t b i o l o g y．m s u．e d u/c g iＧb i n/g b r o w s e/r i c e)和水稻注释计划数据库(h t t p://r a p d b．d n a．a f f r c．g o．j p/i n d e x．h t m l)对候选基因进行功能注释,并对其测序,最终确定目的基因及其突变位点.１．６㊀R TＧP C R采用T r i z o l法提取b c１６脆秆突变体和野生型３叶期根㊁茎㊁叶部位总R N A,随后将总R N A反转录合成c D N A第一条链.利用实时荧光定量P C R 分析目的基因在野生型和突变体根㊁茎㊁叶中的表达量.每个样品中各基因的相对表达量以野生型为对照用内参照基因O s A c t i n１进行归一化处理,相对表达量计算方法为２－әәC T[２６].荧光定量操作步骤参照T a k a r a去除基因组逆转录试剂盒[P r i m e r S c r i p t t m R Tr e a g e n tK i tw i t h g D N A E r a s e r(P e rＧf e c tR e a lT i m e)]说明书.实验所用试剂为T a k a r a 公司的定量P C R试剂盒(S Y B R P r e m i xE x T a q T M ),所用仪器为C F X９６T M荧光定量P C R仪.实时q P C R体系包括c D N A模板２μL㊁S Y B R P r e m i xE x T a q１２．５μL㊁正反向引物各１μL㊁超纯水８．５μL.每个样品重复４次.P C R扩增采用两步法,程序如下:９５ħ下３０s;９５ħ下５s,６０ħ下３０s,３９个循环.溶解曲线分析:９５ħ下１０s,６５ħ下５s,９５ħ下５m i n.２㊀结果与分析２．１㊀b c１６表型特征和农艺性状分析突变体b c１６茎秆㊁叶片㊁根从苗期就开始表现脆性,直至成熟期(图１ＧA㊁B).与野生型相比,突变体b c１６的株高降低㊁穗长变短㊁每穗粒数明显减少(图１ＧC㊁D㊁E),而结实率和千粒重的差异则不明显(表１).同时,突变体b c１６还表现出主根长(图１ＧF),剑叶㊁倒２叶㊁倒３叶叶片变短,抽穗㊁灌浆㊁成熟时间推迟.此外,各节间长度统计表明,突变体b c１６倒１节间㊁倒２节间㊁倒３节间㊁倒５节间长度明显低于野生型植株,而倒４节间长度有明显增加,差异都达到了极显著水平(表１).２．２㊀b c１６细胞壁主要组分含量分析成熟期野生型和突变体b c１６细胞壁纤维素㊁半纤维素和木质素等主要组成成分含量的测定结果表明,突变体b c１６的茎秆纤维素含量要比野生型植株降低３６．９％,而半纤维素含量则提高了２３．６％,均达到极显著水平,但木质素含量差异不明显(图２).２．３㊀茎秆横切面细胞学观察倒置荧光显微镜观察发现突变体b c１６的薄壁细胞表现为近圆形㊁细胞规则且排列均匀,而野生型薄壁细胞的形状无规则㊁排列紊乱(图３ＧA㊁B黑色箭头所示);突变体b c１６和野生型表皮层下的厚壁组织细胞壁厚度(图３ＧA㊁B方框所示)有明显差异.透射电镜观察发现突变体b c１６的厚壁组织细胞壁厚度明显变薄(图３ＧC㊁D)㊁次生细胞壁变窄,而初生７４３舒亚洲等:水稻脆秆突变体b c１６的鉴定和基因精细定位A－苗期;B －成熟期;C －拔节期;D－成熟期;E －稻穗;F －苗期根长比较.标尺＝１２．０c m (C )㊁１５．０c m (D )㊁３．０c m (E )㊁２．５c m (F ).A ,S e e d l i n g s t a g e ;B ,M a t u r e s t a g e ;C ,W i l d t y p e a n d b c １６m u t a n t a t t h e e l o n g a t i o n s t a g e ;D ,W i l d t y p e a n d b c １６m u t a n t a t t h em a t u r e s t a ge ;E ,P a n i c l e s ;F ,R o o t l e n g t ha t s e e d l i n g s t a ge ．B a r ＝１２．０c m (C ),１５．０c m (D ),３ ０c m (E )a n d ２．５c m (F )．图１㊀野生型和突变体b c １６表型F i g ．１．P h e n o t y p e o fw i l d t y pe a n d b c １６m u t a n t ．表１㊀野生型和突变体b c １６的农艺性状比较T a b l e １．T h e c o m p a r i s o n o f a g r o n o m i c t r a i t s b e t w e e nw i l d t y p e a n d b c １６．性状T r a i t野生型W i l d t y p e b c １６株高P l a n t h e i gh t /c m １００．４３ʃ３．９３７０．２１ʃ１．６４∗∗穗长P a n i c l e l e n gt h /c m ２２．０５ʃ０．９９１７．８７ʃ１．０６∗∗每穗粒数F i l l e d g r a i nn u m b e r p e r p a n i c l e １２５．７０ʃ７．５４７４．６０ʃ８．２０∗∗结实率S e e d Ｇs e t t i n g ra t e /％８９．７９ʃ２．４３８８．８３ʃ３．２８千粒重１０００Ｇg r a i nw e i g h t /g ２４．７０ʃ０．５６２２．４０ʃ０．９９剑叶长F l a g l e a f l e n gt h /c m ３１．５１ʃ６．１２２６．０１ʃ３．２１∗倒１节间１s t i n t e r n o d e f r o mt h e t o p /c m ３７．０１ʃ１．９８２６．４９ʃ３．２２∗∗倒２节间２n d i n t e r n o d e f r o mt h e t o p /c m １８．８３ʃ０．８８１１．９１ʃ１．４７∗∗倒３节间３r d i n t e r n o d e f r o mt h e t o p /c m １２．５７ʃ１．３３６．４６ʃ０．７３∗∗倒４节间４t h i n t e r n o d e f r o mt h e t o p /c m ４．８４ʃ０．９１５．９１ʃ０．６９∗∗倒５节间５t h i n t e r n o d e f r o mt h e t o p /cm ２．９７ʃ０．７２１．５０ʃ０．３５∗∗㊀㊀数据为平均值ʃ标准差(n ＝１０,其中千粒重n ＝３).∗,∗∗表示t Ｇ测验在０．０１水平上差异显著,∗表示t Ｇ测验在０．０５水平上差异显著.F i g u r e s a r em e a n ʃS D (n ＝１０,f o r １０００Ｇg r a i nw e i g h t ,n ＝３)．∗,∗∗i n d i c a t e s i gn i f i c a n t d i f f e r e n c e a t P ＜０．０５a n d P ＜０．０１b e t w e e nw i l d t y p e a n d b c １６m u t a n t ,r e s p e c t i v e l y．T h e s a m e a s b e l o w．８４３中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i )㊀第３０卷第４期(２０１６年７月)图２㊀野生型和突变体b c１６植株细胞壁的主要成分含量F i g．２．C o n t e n t s o fm a i n i n g r e d i e n t s i n c e l l w a l l o fW Ta n d b c１６．细胞壁厚度差异不明显;此外b c１６次生壁分层较为明显,而野生型则完全未分层(３ＧE㊁F);突变体b c１６薄壁细胞壁明显薄于野生型,细胞结合方式不规则(图３ＧG㊁H).上述结果表明,脆性基因b c１６可导致表皮层下厚壁细胞次生壁和薄壁细胞壁变薄,薄壁细胞结合方式发生改变.２．４㊀突变体b c１６的遗传分析利用表型正常的日本晴与突变体b c１６配制杂交组合,F１植株表型正常,１５８株F２群体中出现明显的表型分离,正常单株有１２０株,突变单株有３８株.卡方检验结果符合３ʒ１的分离比例(χ２＝０．０８＜χ２０．０５＝３．８４),表明b c１６受一对隐性核基因控制.２．５㊀b c１６基因定位利用在亲本间筛选到的３３４对多态性引物对突变池和正常池进行多态性条带筛选,结果发现第２染色体S S R标记R M６４㊁R M６６㊁R M５６０７㊁R M１４０９９在两池间有多态性(表２).利用１２个F２单株验证这些标记,只有R M６６存在一个单交换,其他标记没有单交换,这表明这些标记与目的基因连锁.采用另外２１个F２单株扩增R M６４㊁R M５６０７㊁R M６６,发现交换单株在这些标记间均相同,交换单株数目分别为４㊁４㊁６,根据标记在染色体上的位置可以推知目的基因位于标记的左侧(图４ＧA).通过扩大F２群体和设计新的I n D e l标记,将目的基因进一步定位于标记２ＧC和２ＧD之间(图４ＧB);随后利用８７１个单株最终将b c１６基因精细定位于２ＧF和２ＧH之间６６．６k b的候选区间内(图４ＧC).在该区间里存在７个候选基因(图４ＧD),其中O s０２g０７３８９００是b c３脆秆基因的等位基因,编码一个经典的发动蛋白O s D R P２B,该蛋白是次生壁形成所必需的[１７,２７].因此,推测O s０２g０７３８９００基因可能就是目的基因.表２㊀b c１６基因定位部分引物T a b l e２．P a r t o f p r i m e r s f o r b c１６g e n em a p p i n g．标记M a r k e r 正向引物(５ᶄң３ᶄ)F o r w a r d p r i m e r反向引物(５ᶄң３ᶄ)R e v e r s e p r i m e r用途P u r p o s eR M６４G G T T C A A A C C A A G C T G A T C A G A T G A A G G C C T T C C A C G C A G定位M a p p i n g R M６６G G T C C T G G G T C A A T A A T T G G G T T A C C T T G C T G C A T G A T C C T A A A C C G G定位M a p p i n g R M６８C C A T T C G T G A G A A G A T C T G A C A C C T C A T C C T C G T A A C G C C定位M a p p i n g R M５６０７T T T C T T G C C C A C A C G A C T A C G G T A C G T G G C C A A C T G G C T A T A C A T A C G定位M a p p i n g R M１４０５C G G C T T G T T T A T G C T A C C A G A G G C G A G G A G A C T A A C C A A A T T G A T C G定位M a p p i n g R M１４０９９G G T A G C T G A G C A A T T G G C A T G G G A T G A T C A G G A A C T C A T C C A T C T C C定位M a p p i n g ２ＧB A T G G T T C T T G T T T C T C T G C T G A T G T G G A T A C T G A T G T T G C T G G C T A A G定位M a p p i n g ２ＧC A T A T G C A T G C A A A T C G A C C A A C T C C A G C A T A A G C A C C G C C A T C A定位M a p p i n g ２ＧD T C C T C G C C C T T C C G C C T C C T T A T C A C C G C C A T T C C C C T C A C C A T定位M a p p i n g ２ＧF C G A C G A T G G T T G G T G G G A T A G C A G A G T G T G T T G G G T A A T G C T A A T G定位M a p p i n g ２ＧJ A T A A A A G C C G G C T T G A T A C T G T㊀C C C G A T G A A A A G G A T G A G C定位M a p p i n g ２ＧL A G C A T A C G C G C A C A G A A A A G G C G G C G C A G T T G G C A T G A A A A G G定位M a p p i n g ２ＧH T T T G C T G G G C T C G G G G T T T A C G C T G C C A C G T T G C T T G A T G A T G定位M a p p i n g ２Ｇ１C A C A A A G A A G A A T G G A A A G G C A A C G A C C A C C A G G C C C A G C A A C C定位M a p p i n g ２ＧE T T G G C C T T C G C T T G T T T T G G A G T G C G A A T A T T T G G G G T C C T G定位M a p p i n g ２ＧC F T G G A A A G G C A A C G T C G T G A G G A T G T T C A C C A C C A G G C C C A G C A A C C测序S e q u e n c i n g ２ＧC C G C T C T A G A A T G G A G G C C A T G G A C G A G C T G C T C T A G A T T A A T A T T T T T G C C C T G G A G测序S e q u e n c i n g ２ＧC CＧ２T T C A G G C T A T C T T G T C T A A C G G A G T A T T T A A A C C C T T C A C测序S e q u e n c i n g ２Ｇ１D G G C A G G C T G A A G C G G A G A C A C T G C C C G G A C A A A A G G T T A G G T A G C R TＧP C RO s A c t i n１G T G G T C G C C C C T C C T G A A A G G G C T T A G C A T T C T T G G G T C C G R TＧP C R ９４３舒亚洲等:水稻脆秆突变体b c１６的鉴定和基因精细定位A－野生型日本晴部分横切面;B－突变体b c１６部分横切面;C－野生型日本晴表皮层下厚壁组织细胞;D－突变体b c１６表皮层下厚壁组织细胞;E－野生型日本晴厚壁组织细胞壁,P C W(初生壁)㊁S C W(次生壁);F－突变体b c１６厚壁组织细胞壁,P C W(初生壁)㊁S C W(次生壁);G －野生型日本晴薄壁细胞壁;H－突变体b c１６薄壁细胞壁.标尺＝１μm(C和D)㊁０．２μm(E和F)㊁０．５μm(G和H).A,P a r t o f c r o s s s e c t i o no f t h ew i l d t y p e;B,P a r t o f c r o s s s e c t i o no f b c１６;C,T h ew i l d t y p e s c l e r e n c h y m a c e l l s b e l o wt h e e p i d e r m i s l a y e r(b a r ＝１μm);D,T h e b c１６m u t a n t s c l e r e n c h y m a c e l l s b e l o wt h e e p i d e r m i s l a y e r(b a r＝１μm);E,T h ew i l d t y p e s c l e r e n c h y m a c e l lw a l l,P C W(P r iＧm a r y C e l lW a l l),S C W(S e c o n d a r y C e l lW a l l)(b a r＝０．２μm);F,T h e b c１６m u t a n t s c l e r e n c h y m ac e l lw a l l,P C W(P r i m a r y C e l lW a l l),S C W (S e c o n d a r y C e l lW a l l)(b a r＝０．２μm);G,T h ew i l d t y p e p a r e n c h y m a c e l l w a l l(b a r＝０．５μm);H,T h e b c１６m u t a n t p a r e n c h y m a c e l l w a l l(b a r ＝０．５μm)．图３㊀日本晴野生型和突变体b c１６茎秆倒１节间中间部位横切面组织学和细胞学观察F i g．３．S t e mc r o s sＧs e c t i o n s h i s t o l o g y a n d c y t o l o g y o b s e r v a t i o n o fw i l d t y p e a n d b c１６m u t a n t a t t h em i d d l e o f t h e f i r s t i n t e r n o d e f r o mt h e t o p．㊀㊀将日本晴和b c１６突变体O s０２g０７３８９００基因进行P C R扩增和测序.D N A测序结果表明O s０２g０７３８９００基因第１３内含子从A T G开始５１１３位碱基位置发生了TңA的置换,造成剪切位点前移,该内含子末端６个核苷酸(T A T T A G)被剪切到m R N A中,造成翻译提前终止(图４ＧD).为进一步验证突变位点,对野生型和b c１６突变体目的基因全长c D N A进行扩增,并在b c１６基因序列发生突变的位点两端设计引物P C R扩增目的片段,电泳结果证实了测序结果(图４ＧE).以上结果表明基因O s０２g０７３８９００第１３内含子剪切位点前移,内含子的一部分被剪切到m R N A中,进而导致蛋白序列０５３中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i)㊀第３０卷第４期(２０１６年７月)A－b c１６基因初定位于第２染色体S S R标记R M６４㊁RM５６０７㊁R M６６左侧;B－b c１６基因初定位于I n D e l标记２ＧC㊁２ＧD两侧;C－b c１６基因精细定位于I n D e l标记２ＧF㊁２ＧH之间６６．６k b的区域;D－突变体b c１６和野生型D N A和c D N A测序目标基因序列结果比较.E－野生型和突变体b c１６全长c D N A以及发生突变的部分c D N A电泳结果比较,M１为D L１５０００,M２为D L５００.A,b c１６g e n ew a s p r i m a r i l y m a p p e do n t h e l e f t s i d e o f S S R m a r k e r sR M６４,R M５６０７,RM６６o nc h r o m o s o m e２;B,b c１６g e n ew a sm a p p e db eＧt w e e n I n D e lm a r k e r s２ＧCa n d２ＧD;C,b c１６g e n ew a s f i n em a p p e db e t w e e n I n D e lm a r k e r s２ＧFa n d２ＧH;D,T a r g e tD N Aa n d c D N As e q u e n c i n g r e s u l t s c o m p a r i s o nb e t w e e n b c１６a n dw i l d t y p e;E,T h e e l e c t r o p h o r e s i s r e s u l t s c o m p a r i s o no f f u l l l e n g t hc D N A,p a r t i a l c D N A w i t hm u t a t i o n s i t e s b e t w e e nw i l d t y p e a n d b c１６,M１a n d M２a r em a r k e r sD L１５０００a n dD L５００,r e s p e c t i v e l y．图４㊀b c１６基因定位以及突变体b c１６和野生型日本晴序列匹配F i g．４．G e n em a p p i n g o f b c１６a n d t h e s e q u e n c e a l i g n m e n t b e t w e e n b c１６m u t a n t a n dw i l d t y p e．和结构发生了改变,功能发生了缺失.２．６㊀b c１６基因R TＧP C R分析R TＧP C R分析结果表明,b c１６基因在根㊁茎㊁叶中均有表达,以茎中的表达量为最高,其次是叶和根,且脆秆突变体的表达量均低于野生型(图５).说明O s０２g０７３８９００基因突变导致其表达量降低,引起植株根㊁茎㊁叶机械强度降低,导致脆性增加.３㊀讨论在已发现的水稻脆秆基因中,至少有两个脆秆基因,即b c６㊁b c７会导致细胞壁纤维素含量降低㊁半纤维素含量升高[１９,２０].B C６和B C７都是编码纤维素合酶基因,其中B C６编码O s C e s A９,是一个不完全显性基因,而B C７是O s C e s A４的等位基因.本研究发现的b c１６是一个编码动力蛋白的基因,可能参与到细胞内吞作用和高尔基体转膜过程.这表明茎秆机械强度的调控是一个很复杂的过程,许多不同类型的基因共同作用参与调节茎秆机械强度. X i o n g等[２７]和H i r a n o等[１７]采用不同材料发现B C３基因,该基因编码一个经典的发动蛋白家族成员,启动子G U S分析表明该基因的表达和次生壁的形成是直接相关的.b c１６基因和b c３基因均来源于１５３舒亚洲等:水稻脆秆突变体b c１６的鉴定和基因精细定位图５㊀b c１６(O s０２g０７３８９００)基因在水稻不同组织的表达情况F i g．５．E x p r e s s i o na n a l y s i s o f t h e b c１６(O s０２g０７３８９００)g e n e i nd i fＧf e r e n t t i s s u e s o f r i c e．O s０２g０７３８９００基因,两者在结构和功能上存在不少异同点,如两个基因都能引起水稻茎秆㊁叶片㊁根变脆㊁植株变矮㊁主根长缩短㊁厚壁组织次生细胞壁和薄壁细胞初生壁变薄等.但两者之间的差异也非常明显:一是两个基因发生突变的位置不同,b c３基因第３内含子缺失了１５６个核苷酸,而b c１６基因是在第１３内含子近末端发生了TңA的置换(图４);二是b c３基因只能使细胞壁纤维素含量降低,而b c１６基因不仅可使纤维素含量降低,还能使半纤维素含量明显升高.发动蛋白与发动蛋白相关蛋白(D R P s)是一类大的G T P酶,与细胞壁的合成紧密相关.该类蛋白不仅存在于细胞膜和囊泡中,而且还存在于反面囊膜网中[１７].除了纤维素和胼底质外,细胞壁绝大部分成分如半纤维素等是由高尔基体装配和运输到细胞外.半纤维素由位于高尔基体膜上的糖基转移酶合成[２８].糖基转移酶是专门负责催化糖基化反应的酶类,主要包括G TＧA和G TＧB两类,它们将活性糖基从糖基供体转移到糖基受体,形成糖苷键.核苷酸糖是糖基供体最主要的化合物,包括U D PＧ葡萄糖㊁U D PＧ半乳糖㊁U D PＧ木糖和U D PＧ葡萄糖醛酸[２９].水稻O s D R P２B蛋白由位于N端的G T P a s e 结构域㊁保守的中间结构域㊁P H结构域㊁P R结构域和C端G E D结构域五部分组成.王海峰[３０]认为具有多个结构域的基因产生的不同剪切体形成的是有功能的蛋白.体外生化实验研究表明O s D R P２B蛋白N端G T P a s e结构域可以结合和水解G T P[２７].就b c１６突变体而言,由于其翻译的蛋白具有完整的G T P a s e结构域,在体内纤维素含量合成量不足的诱导下,其水解G T P形成的G D P可作为合成核苷酸糖的底物,生成的核苷酸糖从而可以产生更多的半纤维素.K o t a k e等[１９]认为水稻茎秆在纤维素含量降低的情况下,植株体内可能存在的某种机制会使半纤维素含量升高,从而补偿纤维素含量降低对植株生活能力的不利影响.虽然不少水稻脆秆突变体细胞壁纤维素含量显著降低,但并非所有突变体半纤维素含量都升高.这表明这种补偿机制的发生需要一定的条件.核苷酸糖可能是诱发这种机制的一种重要的物质.b c１６突变体半纤维素含量升高也可能是由于诱发了这种机制导致的.虽然b c３和b c１６基因翻译的蛋白功能缺失,但b c１６基因翻译的蛋白具有完整的G T P a s e.这可能是b c１６突变体半纤维素含量升高而b c３突变体半纤维素保持不变的原因.目前,对于植物次生细胞壁在茎秆机械强度的研究相对较多,而初生细胞壁在茎秆机械强度发挥的作用,相关研究还比较缺乏.D i d i等[３１]发现虽然厚壁组织主要决定茎秆机械强度,初生细胞壁也可以为植物提供机械支撑功能.目前水稻中发现的脆性基因绝大部分都会使厚壁组织次生细胞壁变薄,而本研究发现的突变体b c１６除了使厚壁组织次生细胞壁变薄外,薄壁细胞壁同时出现了变薄的现象(图３ＧG㊁３ＧH),这说明b c１６基因不仅可以调控厚壁组织次生细胞壁的合成,还能影响薄壁细胞壁的合成.虽然薄壁细胞在植物机械支撑方面的作用不如厚壁组织那么明显,但由于薄壁组织细胞数目多且分布广,其在影响机械强度的作用方面也不容忽视.目前在水稻中发现的脆性突变体和野生型薄壁细胞大多没有什么变化,因此突变体b c１６可能是一个深入研究薄壁细胞壁机械强度的好材料.脆秆水稻由于具有独特的机械特性和细胞壁组成,可用于抗倒伏品种和稻饲两用特种稻的选育[３２].一方面,脆秆水稻由于细胞壁主要成分如纤维素㊁半纤维素㊁木质素含量改变,使脆秆水稻抗倒伏能力变弱.通过研究水稻脆性基因的功能,可以了解水稻茎秆强度增加的分子机理,为培育抗倒伏新品种提供理论依据和基础材料.另一方面常规品种水稻秸秆不易断裂,会影响口感,牲畜不喜食,应用于饲料加工中有一定的困难,但是脆秆水稻的粗纤维含量高,牲畜饲用口感相对较好,具有良好的饲料利用前景.汪海峰等[３３]将脆秆全株水稻应用到２５３中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i)㊀第３０卷第４期(２０１６年７月)生长肥育猪日粮的试验中,发现饲喂含１６％脆秆全株水稻日粮补饲大豆油替代玉米,对猪的生长性能没有显著影响,并且可显著提高胴体中不饱和脂肪酸含量和促进猪肠道中乳酸菌的增生.吕宗友等[３４]通过比较脆秆全株水稻和中花１１在瘤胃内的降解特性,认为全株脆秆水稻可作为优质饲料稻的选育中间材料.生物能源是利用生物质为原料生产的能源,包括生物乙醇㊁生物柴油㊁生物氢气㊁生物沼气等能源产品[３５].木质纤维素是潜在的低成本㊁可再生的生物质原料,可以经水解发酵产生生物乙醇[３６].木质纤维素是经过人工处理获得的有机絮状纤维物质,主要由纤维素(约占１/３~１/２)㊁半纤维素(１/４~１/３)和木质素(１/５~１/４)组成,其中纤维素和半纤维素可经过糖化和发酵生成乙醇,而木质素则不能[３７].我国木质纤维素资源非常丰富,其原料来源广泛,如农作物秸秆㊁木本植物㊁芒草等,但多数没有被很好的利用.我国每年农业生产可产生大约７亿t秸秆,利用秸秆生产纤维乙醇不仅有利于环境的保护,而且对于能源安全具有重要的战略意义[３８].杨涛等[３９]利用二级串联式生物反应器,使水稻纤维素发酵４０h,可获得乙醇浓度达到２５．５g/ L,纤维素转对乙醇的转化率达到４３％.脆性水稻秸秆由于具有易粉碎㊁纤维素含量少㊁容易厌氧降解等特点,在生物乙醇生产上具有一定的优势.黄峰等[４０]利用脆秆水稻生产乙醇,经过葡萄糖㊁酸处理后,每１g脆性秸秆总还原糖含量[(５４１．２ʃ８．０) m g]比普通水稻秸秆高４１．９m g,采用E s c h e r i c h i a c o l i S Z４７０处理７２h,脆性秸秆乙醇产量为(１０．９ʃ０．４)g/L,是普通秸秆的１．１倍.刘晨娟[４１]利用白腐菌６号预处理的材料进行同步糖化发酵,在接种量为５％,发酵温度为４０ħ,纤维素酶添加量为２０F P U/g的条件下发酵４８h,结果使处理后的脆性秸秆发酵乙醇产量比未处理的脆性秸秆提高了１．５１倍,而传统水稻秸秆产量仅提高０．８１倍.洪解放等[４２]认为,充分利用木质纤维素中半纤维素,有望使纤维乙醇在原有基础上产量提高２５％.W e n 等[４３]研究发现复合菌系W S DＧ５对半纤维素具有高效的酶解能力,其酶解转化率与半纤维素含量呈显著的正相关关系.这表明,利用脆性水稻秸秆生产生物乙醇具有较大的研究价值和利用情景.本研究发现的脆秆突变体b c１６是来源于粳稻日本晴的突变体,纤维素含量降低,半纤维素含量显著升高,可应用于水稻秸秆转化生物乙醇研究.参考文献:[１]㊀饶玉春,李越,董国军,等．水稻抗倒伏研究进展．中国稻米,２００９,１５(６):１５Ｇ１８．R a oYC,L iY,D o n g GJ,e t a l．T h e r e s e a r c hd e v e l o p m e n t o f r i c e l o d g i n gＧr e s i s t a n t．C h i n a R i c e,２００９,１５(６):１５Ｇ１８．(i nC h i n e s ew i t hE n g l i s ha b s t r a c t)[２]㊀陈曦,郝怀庆,彭励．植物细胞壁中纤维素合成的研究进展．热带亚热带植物学报,２０１１,１９(３):２８３Ｇ２９０．C h e nX,H a oH Q,P e n g L．R e c e n t p r o g r e s s o n c e l l u l o s e s y nＧt h e s i s i nc e l lw a l lo f p l a n t s．J T r o p S u b t r o p B o t,２０１１,１９(３):２８３Ｇ２９０．(i nC h i n e s ew i t hE n g l i s ha b s t r a c t) [３]㊀宋东亮,沈君辉,李来庚．高等植物细胞壁中纤维素的合成．植物生理学通讯,２００８,４４(４):７９１Ｇ７９６．S o n g D L,S h e nJH,L iL G．C e l l u l o s es y n t h e s i s i nt h ec e l l w a l l s o f h i g h e r p l a n t s．P l a n tP h y s i o lC o mm,２００８,４４(４):７９１Ｇ７９６．(i nC h i n e s ew i t hE n g l i s ha b s t r a c t)[４]㊀X uJD,Z h a n g QF,Z h a n g T,e t a l．P h e n o t y p i c c h a r a c t e r i z aＧt i o n,g e n e t i c a n a l y s i s a n d g e n eＧm a p p i n g f o r a b r i t t l em u t a n t i n r i c e．JI n t e g rP l a n tB i o l,２００８,５０(３):３１９Ｇ３２８．[５]㊀T s u t o m u A,T o s h i h i s aK,Y a s u k o K,e ta l．R i c eB r i t t l eC U L M５(B R I T T L E N OD E)i s i n v o l v e d i ns e c o n d a r y c e l lw a l lf o r m a t i o ni nt h es c l e r e n c h y m at i s s u e o fn o d e s．P l a n t C e l lP h y s i o l,２００９,５０(１１):１８８６Ｇ１８９７．[６]㊀H a oZY,M o h n e nD．Ar e v i e wo f x y l a na n d l i g n i nb i o s y n t h eＧs i s:F o u n d a t i o n f o r s t u d y i n g A r a b i d o p s i s i r r e g u l a r x y l e m m uＧt a n t sw i t h p l e i o t r o p i c p h e n o t y p e s．C r i t i cR e vB i o c h e m M o lB iＧo l,２０１４,４９(３):２１２Ｇ２４１．[７]㊀K o k u b oA,K u r a i s h i S,S a k u r a iN．C u l ms t r e n g t ho fb a r l e yＧc o r r e l a t i o na m o n g m a x i m u m b e nd i n g s t re s s,c e l lw a l l d i m e nＧs i o n s a n d c e l l u l o s e c o n t e n t．P l a n tP h y s i o l,１９８９,９１(３):８７６Ｇ８８２．[８]㊀K o k u b oA,S a k u r a iN,K u r a i s h i S,e t a l．C u l m b r i t t l e n e s so fb a r l e y(H o r d e u m V u l g a r e L．)m u t a n t s i sc a u s e db y s m a l l e rn u m b e ro fc e l l u l o s e m o l e c u l e si nc e l l w a l l．P l a n t P h y s i o l,１９９１,９７(２):５０９Ｇ５１４．[９]㊀A n s a r iM J,K u m a rR,S i n g h K,e t a l．C h a r a c t e r i z a t i o na n d m o l e c u l a rm a p p i n g o fE M SＧi n d u c e db r i t t l ec u l m m u t a n t so fd i p l o i dw he a t(T r i t i c u m m o n o c o c c u m L．)．E u p h y t i c a,２０１２,１８６(１):１６５Ｇ１７６．[１０]J a v e dA n s a r iM,A IＧG h a m d iA,U s m a n i S,e t a l．C h a r a c t e rＧi z a t i o na n d g e n e m a p p i n g o fab r i t t l ec u l m m u t a n to fd i p l o i dw h e a t(T r i t i c u m m o n o c o c c u m L．)．A c t aP h y s i o l P l a n t,２０１３,３５(８):２４０７Ｇ２４１９．[１１]李文丽,吴先军．一个水稻脆性突变体的遗传分析和基因定位．核农学报,２００６,２０(６):５００Ｇ５０２．L iW L,W uXJ．G e n e t i c a n a l y s i s a n d g e n em a p p i n g o f a f r a gＧi l e r i c em u t a n t．JN u c lA g r i c S c i,２００６(６):５００Ｇ５０２．(i nC h iＧn e s ew i t hE n g l i s ha b s t r a c t)[１２]刘斌美,叶亚峰,章忠贵,等．一个籼稻脆性突变体的生物学３５３舒亚洲等:水稻脆秆突变体b c１６的鉴定和基因精细定位。
中山大学硕士学位论文水稻发育突变体，ｖｄ．５的分子生物学和组织细胞学研究区细胞体积小、细胞分裂活跃、固绿染色深，是ＳＡＭ中新生细胞的主要来源。
Ｐｚ的活性区无论是在辐射平面还是垂直面上相对于中心区都是不断波动的，而．目．ＰＺ区细胞的命运并不一致，有些作为原基的核化中心，有些则形成原基背腹轴和侧边，还有一些落在原基之间，形成器官间的节间。
（３）肋状区（ｒｉｂｚｏｎｅ，ＲＺ），位于ＳＡＭ基部。
该区细胞纵向排列，细胞分裂和伸长都很快，参与了茎的中心部分的组织的形成。
此外，环绕外周区的区域将成为器官区（ＯＺ），器官原基在此区形成形态上可以区别的结构。
１．１．１．２原套·原体模型Ｓｃｈｍｉｄｔ（１９２４）提出了原套一原体（ｔｕｎｉｃａ－－ｃｏｒｐｕｓ）模型，即ＳＡＭ由不同谱系的细胞组成，形成层状结构，可分为原套、原体两部分。
原套有一至多层细胞，以严格的垂周方式进行分裂。
典型双子叶植物的原套一般有两层，而单子叶植物只有一层。
原体的细胞可以进行平周、垂周两种分裂，因此细胞排列杂乱。
在拟南芥茎端分生组织中，原套由Ｌｌ表皮细胞层和其下方的Ｌ２下表皮细胞层构成；原体也称为Ｌ３细胞层。
不含叶绿素的叶表皮细胞主要来自于Ｌｌ细胞层，叶肉细胞则由Ｌ２细胞层衍生，中脉维管束和内层海棉细胞来源于Ｌ３。
Ｆｉｇｕｒｅ』’Ｊ．ＳＡＭｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌ：（ａ｝ＨｉｓｔｏｌｏｇｉｃａｌＺｏｎｅｓ（ｂ）Ｃｌｏｎａｌｌａｙｅｒｓ虽然ＳＡＭ的不同层细胞在植物发育过程中表现出明显的细胞谱系差别，但对人工周缘嵌合体的大量研究表明，细胞的发育命运并不是由细胞谱系决定，而是由其所在的位置决定的。
将Ｌｌ细胞置换到Ｌ２下表皮层后，它们将发育成下表皮类型的细胞“１。
ＬｅｖｉｓＷｏｌｐｅｒｔ曾将发育的位置信息概括为五个方面：①细胞具有某种机制来保证相互之间的位置具有特殊性：②位置信息主要决定细胞分化的性质；③在细胞位置特化的地方产生极性，沿着极性方向可以检测到位置信息胚胎发育时期他们表达的区域是有重叠的，这表明还有其他因子参与了ＣＵＣ２、ＳＴＭ基因表达模式的形成。
水稻类病变突变体spl5的抗病及其机理分析傅淑芳;陈析丰;郝亮;孙青芝;金杨;马伯军【摘要】超敏反应(hypersensitive response,HR)是植物抵御病原物的一种有效方式.植物类病变(lesion mimic)是一类能自发产生类似HR细胞坏死的突变体,在植物抗病机理研究中具有重要意义.对水稻类病变突变体spl5的抗病性研究发现,spl5增强了对白叶枯病菌4个菲律宾小种和10个中国小种的抗性,具有广谱抗病性.在spl5中活性氧显著积累,表现出HR的早期特征“氧迸发”现象,活性氧清除酶SOD,POD和CAT的酶活力也显著性变化,表明spl5中活性氧代谢的平衡失调可能是诱发HR原因之一.同时,RT-PCR分析发现1个水杨酸(EDS1)和2个茉莉酸(AOS2,LOX2)信号途径中的关键调控基因及其下游2个病程相关基因(PR1a,PR1b)在spl5中表达上调,推测spl5的突变可能激活了水杨酸与茉莉酸途径的信号转导,从而启动了植株的系统防御应答反应.%Hypersensitive response ( HR) is an effective way of plants against pathogens. Lesion mimic mutants spontaneously exhibit HR-like cell death in absence of pathogens, and are of great significance in dissecting the molecular mechanisms of disease resistance in plants. In this study, it was found that the resistance against 4 Philippine races and 10 Chinese races was significantly enhanced in the spl5 mutant, indicating that the spl5 mutant displays a broad-spectrum resistance to Xoo. Reactive oxygen species (ROS) were significantly accumulated in spl5 leaves, which is an early feature of HR with reactive oxygen burst, meanwhile, activities of ROS scavenging enzymes such as SOD, POD and CAT significantly changed in sp!5, indicating that the imbalance of ROS metabolism might trigger HRoccurrence in spl5. In addition, RT-PCR-based assay showed that transcriptional levels of EDS1, AOS2 and LOX2, key regulators in salicylic acid (SA) and jasmonic acid ( JA) signaling pathways, respectively, and their downstream pathogenesis-related genes such as PRla and PRlb were up-regulated in splS. Taken together, these results clearly indicated that spl5 mutation might activate both SA and JA signaling pathways and consequently trigger sys-tematic defense responses in plants.【期刊名称】《浙江农业学报》【年(卷),期】2013(025)001【总页数】7页(P1-7)【关键词】水稻;类病变;spl5;抗病机理【作者】傅淑芳;陈析丰;郝亮;孙青芝;金杨;马伯军【作者单位】浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004;浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004;浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004;浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004;浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004;浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004【正文语种】中文【中图分类】S511植物在生长发育过程中会受到各种病原体的入侵，但通过长期的进化，植物形成了能够诱导包括超敏反应(hypersensitive response，HR)等多方位防御反应的有效抵抗机制。
水稻类树状突变体pla1-5的鉴定与基因克隆封功能;张昌泉;赵冬生;朱孔志;涂怀洲;徐辰武;刘巧泉【期刊名称】《中国水稻科学》【年(卷),期】2013(027)002【摘要】From the progeny of a japonica variety Taipei 309 treated with 60Co-γ ray irradiation, a leafy head mutant plal-5 (plasttochron 1-5) with dwarf phenotype and small leaf was identified. Comparing with the wild type, the plal-5 mutant has more leaves and less tillers, and therefore fails to produce a normal panicle at the maturity stage. The genetic analysis showed that the plal-5 phenotype was controlled by a single recessive nuclear gene. By the map-based cloning, the target gene was finally narrowed down to a 58 kb region between SSR markers CHR1027 and CHR1030 on the long arm of chromosome 10, and co-segregates with the molecular markers CHR1028 and CHR1029. There were five predicted genes in the mapped region. The sequencing analysis results revealed that there was a deletion of the nucleotide T in the first exon of the gene LOC_Osl0g26340 encoding cytochrome P450 CYP78A11 in the plal-5 mutant, which might result in a downstream frame shift and a premature termination. These results implied that the P450 CYP78A11 gene might be the candidate gene of PLA1-5.%在梗稻品种台北309经60Co-γ辐射诱变的后代中发现了一份类树状突变体pla1-5,该突变体表现为植株矮化、叶片小且数量增多、分蘖数减少、高位分蘖、穗分化受阻等特征.遗传分析表明,该性状受一对隐性核基因控制.利用图位克隆技术将目的基因定位在第10染色体长臂上两个分子标记CHR1027和CHR1030之间,物理距离为58 kb,并与SSR标记CHR1028和CHR1029共分离.根据水稻基因组序列的注释,该区域内存在5个完整的预测基因.测序分析表明pla1-5突变体中一个编码细胞色素P450 CYP78A11的释义基因LOC_Os10g26340第1外显子内缺失了一个碱基T,导致移码突变和翻译提前终止.据此,初步推测细胞色素P450 CYP78A11基因为PLA1-5的候选基因.【总页数】6页(P111-116)【作者】封功能;张昌泉;赵冬生;朱孔志;涂怀洲;徐辰武;刘巧泉【作者单位】扬州大学农学院教育部植物功能基因组学重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室,江苏扬州225009【正文语种】中文【中图分类】Q343.5;Q755【相关文献】1.水稻脆秆突变体bc1-wu3的鉴定与基因克隆 [J], 许作鹏;仲崇元;张丽佳;刘巧泉2.水稻株型突变体rad-1和rad-2的鉴定与功能基因克隆 [J], 牛静;陈赛华;赵婕妤;曾召琼;蔡茂红;周亮;刘喜;江玲;万建民3.水稻类树状突变体s2-21的遗传分析与精细定位 [J], 王海凤;高洁;孙伟;张士永;赵庆雷;尹亮;赵金凤;李学勇;袁守江4.水稻温敏雄性不育突变体m h86 s的鉴定及基因克隆 [J], 杨绍华; 刘华清; 王锋5.水稻晚开花突变体lft1的鉴定与基因克隆 [J], 许乐峰;许昕阳;张欢;赵志刚;郑天慧;赵婕妤;曾召琼;刘喜;陈赛华;万建民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水稻脆茎节基因BN1的遗传分析与精细定位植物细胞壁是细胞最外层的特殊结构,主要由纤维素等物质构成,具有一定的硬度和弹性,对于维持细胞的形态具有重要作用。
脆性突变体是研究水稻细胞壁的理想材料,为了探究植物细胞壁组成的分子机理及水稻机械强度的遗传控制,我们从EMS诱变的粳稻品种武运梗7号(WYJ7)M2后代中分离出一个水稻脆性突变体,由于该突变体主要表现为茎节脆嫩,而其它部位的脆性无明显变化,故将之命名为bn1(brittle node 1)。
遗传分析表明bn1的表型受隐性单基因控制。
化学分析的结果显示,bn1茎节的纤维素含量显著减少,由野生型中的359.2 ug/mg下降到突变体中的343.3 ug/mg,而节间的纤维素含量无显著变化;进一步分析表明,bn1茎节的主要单糖组份含量也显著改变,其中,葡萄糖含量显著升高,由野生型中的36.84 ug/mg增加到45.87 ug/mg,推测BN1可能参与了茎节细胞壁纤维素的合成。
BN1的突变导致植株变矮,穗长变短,一次枝梗数减少;但bn1的二次枝梗数明显增加,并由此导致每穗颖花数及着粒密度显著增加;与野生型相比,bn1的粒长、粒宽变小,千粒重下降。
为了研究BN1的功能,我们采用图位克隆的方法精细定位了BN1基因。
从大约6,000株F2群体中挑选出1,367个突变个体用作定位群体。
首先将BN1基因定位在水稻第2染色体9.2c M的区域内,并最终将BN1精细定位在233.8 kb的基因组DNA区域。
转录组分析结果表明,与有机物代谢、初级代谢以及细胞代谢过程有关的基因,上调或者下调的数目最多,说明BN1的突变可能改变了细胞壁代谢过程。
我们还利用q RT-PCR技术比较了部分水稻细胞壁合成相关基因的表达,结果显示与细胞壁加厚有关的BC1、BC3、Os Ces A4、Os Ces A7和BC6/Os Ces A9在bn1茎节的表达量均显著下降。
以上结果表明BN1的突变可能使纤维素的合成过程受阻,细胞壁中纤维素含量降低,影响了细胞壁的厚度,导致茎节变脆,本研究结果为进一步克隆BN1及研究其遗传调控机制奠定基础。
