水稻编码类胡萝卜素异构酶基因ZEBRA LEAF 2的鉴定与克隆

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水稻叶色突变体是研究光合色素代谢及叶绿体发育的重要材料,近年来利用图位克隆的方法,已经有70多个叶色突变相关基因被定位。类胡萝卜素不仅是光合作用过程中的必须的色素,还能够吸收额外产生的自由基,保护叶绿体免受活性氧的损伤。类胡萝卜素异构酶(CRTISO)是类胡萝卜素合成中的一个关键酶,其编码基因 OsCRTISO的突变会导致类胡萝卜素合成受阻,含量下降,最终导致叶绿体的结构被破坏,出现斑马叶的表型。本研究通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变粳稻品种‘日本晴’(Nipponbare),获得了稳定遗传的“斑马叶”突变体 ZEBRA LEAF2(zb2),该突变体在自然条件下从苗期开始表现为黄绿斑马,到分蘖后期逐渐变为淡绿色。温度和光照均会对zb2的突变性状造成影响。低温条件下(24°C),斑马表型明显,随着温度的升高,突变表型逐渐减弱,32°C时完全恢复为正常绿色,温度越低斑马表型越明显。强光照可增加“斑马叶”黄色部分的面积。与野生型相比,zb2的叶绿素、类胡萝卜素含量显著降低,株高、千粒重都明显下降,但有效分蘖数增加。电镜结果显示zb2的叶绿体结构受到破坏。通过图位克隆,将目标基因定位于第11号染色体上111.9 kb的区间内。测序表明突变体在基因 ZB2的第9个外显子上碱基 G突变为 T,该突变导致第413个氨基酸谷氨酸突变为终止密码子,翻译提前终止。该基因编码一个类胡萝卜素异构酶(CRTISO),是类胡萝卜素合成过程中的关键酶。实时荧光定量 PCR分析显示 ZEBRA LEAF2(ZB2)在野生型叶片中表达量最高,而在突变体中表达量显著下降。综上研究结果显示zb2为Oscrtiso/phs3新的等位突变体,ZB2基因即为OsCRTISO基因。
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