一个新的水稻黄化转绿标记基因的图位克隆

叶色标记可作为提高杂交水稻特别是两系杂交水稻的种子纯度的途径之一，防范可能给生产造成的重大损失。糖脂不仅是叶绿体光合膜组成型膜脂，还以结构型膜脂形式存在，在光合膜的多种生理功能方面尤其是在光合作用中起着很重要的作用。我们通过化学诱变获得一份水稻黄化转绿突变体gry79，其突变性状受一对隐性核基因控制。已将该基因精细定位于第2染色体长臂约87kb区域内(有1个标记与目标基因共分离)，且在该区域发现一个候选基因编码叶绿体糖脂合成途径中的一个关键酶，测序表明该基因序列在突变体内有1个碱基替换，导致1个氨基酸变化，是一个新基因。本项目拟克隆该基因，并通过转化互补验证，相关中间产物检测，酶学实验，叶绿体显微结构观察，以及以及表型特征观察，农艺性状和生理特性分析等，了解该基因的功能。这对探讨水稻叶绿体糖脂合成和光合作用机理等方面具有重要的理论意义，并作为标记基因在杂交水稻育种中具有重要的应用价值。

叶色标记可应用于及早鉴定杂交水稻的种子纯度，高效排除假杂种，防范可能给生产造成的重大损失，因而倍受关注。另一方面，金属-β-内酰胺酶和三螺旋转绿因子在高等植物中的功能研究还很少。本项目通过化学诱变获得一份水稻黄化转绿突变体gry79，该突变体叶片在3叶期以前表现黄绿色，第4叶开始逐渐转绿，6叶期以后恢复到正常绿色。该突变体的黄化叶片中，叶绿素和类胡萝卜素含量下降，叶绿体发育受到抑制。遗传分析表明，gry79突变表型由位于第2染色体上的一对隐性核基因控制。对gry79突变基因进行分子标记定位和图位克隆，结果表明候选基因是Os02g33610基因，它编码一个含有金属-β-内酰胺酶结构域和三螺旋DNA结合域的嵌合蛋白。在gry79突变体中，该基因在编码区4209位C突变为T，导致编码蛋白第387位丝氨基(Ser)突变为苯丙氨酸(Phe)。用含野生型基因的表达载体转化gry79突变体，所获转基因株系在幼苗期呈绿色表型，其叶片叶绿素和类胡萝卜素含量恢复到野生型亲本的水平，表明野生型Os02g33610基因互补了gry79突变体表型，从而证实该突变体表型是由Os02g33610基因序列单碱基突变引起的。该基因在水稻中是首次克隆，暂命名为GRY79。此外，gry79突变体在3叶期以前的黄化表型对成熟期重要农艺性状的影响较小，故gry79突变基因可作为叶色标记基因，用于杂交稻秧苗早期有效鉴定和高效排除假杂种，因而具有重要应用价值。