水稻黄绿叶突变体ty7的克隆和功能分析

Leaf color mutant is an ideal material for the study of photosynthesis and high photosynthetic efficiency in rice breeding. We obtained a stable pale green leaf mutant ty7 ( Thylakoid 7 ) in our EMS-induced mutant population of rice variety Zhonghua 11. Compared with the wild type, leaves in ty7 contained abnormal chloroplast which had degenerated thylakoids and grana lamella stacks. Using map-based cloning, TY7 was mapped on chromosome 7, and the sequencing results showed that the coding region of TY7 in ty7 has a single-base substitution mutation, causing the early termination in protein translation. TY7 encodes thylakoid membrane protein, which indicates that TY7 may affect the stability of rice thylakoid membrane in chloroplast. In order to further clarify the function of TY7 in photosynthesis and explore the potential of yield enhancement in rice. This project will study a deep insight into the function of TY7 through gene complementation verification, gene expression pattern analysis, and protein interaction analysis.

水稻叶色突变体是研究植物光合作用机制和高光效育种的理想材料。从水稻中花11的EMS诱变突变体库中我们发现了一个稳定遗传的黄绿叶突变体，暂命名ty7 (Thylakoid 7)。与野生型相比，突变体ty7叶片的叶绿体结构异常，类囊体和基粒片层结构退化。利用图位克隆法将TY7定位于1号染色体，测序发现突变体的目标基因TY7编码区发生单碱基替换，导致蛋白质翻译提前终止。TY7基因编码一个类囊体膜蛋白，该编码蛋白可能影响水稻类囊体膜的稳定性。为进一步研究TY7基因参与光合作用机制，探讨其提高水稻产量的潜力，本项目拟通过基因互补验证、基因表达模式分析、互作蛋白分析等对TY7基因的功能进行深入研究。

水稻叶色突变体是研究植物光合作用机制和高光效育种的理想材料。本项目以水稻中花11的EMS诱变突变体库中的一个稳定遗传的黄绿叶突变体ty7 ( Thylakoid 7 )为研究材料，在前期98.5kb的基础上，利用图位克隆法将TY7定位于1号染色体，测序发现突变体的目标基因TY7编码区发生单碱基替换，导致蛋白质翻译提前终止。通过转基因互补、过表达和基因敲除等实验证明TY7基因为候选基因。进化树分析结果表明TY7基因在单子叶中序列保守。超微结构分析和叶绿素含量测定实验表明该基因突变导致叶绿体发育异常，叶绿素含量极显著下降。RT-PCR 表达分析研究发现TY7在叶和叶鞘部位高表达，其次在穗和茎中表达，在根中几乎不表达，亚细胞定位结果表明TY7定位于叶绿体。Blue Native PAGE（BN-PAGE）和 SDS-PAGE实验表明TY7基因通过影响PSII复合物中的D1和D2蛋白含量影响PS复合体的稳定性，且受光照强度的影响。此外，研究发现过表达水稻中TY7 基因可提高水稻产量，而过表达玉米中TY7 同源基因，产量无显著差异。本研究研究了TY7基因参与光合作用的机制，并探索了C4 植物中TY7 基因的同源基因对水稻产量形成的影响，为水稻高光效生理研究和水稻黄绿叶突变在生产上的应用提供理论依据。