白榆叶色黄化突变性状的遗传规律及形成机制研究

The leaf chlorophyll-deficient mutant of ulmus pumila (Chinese Golden Leaf Elm ) was used as reseach material. By controlled pollination, the inbred and hybrid offsprings seedlings were obtained .The distribution, expresssion and inheritance of leaves chlorophyll-deficient Mutant traits were analysised in these first generation. The content of photosynthetic pigments, the photosynthetic rate and energy conversion efficiency were comparaed and analysised. In these first generation for proving the physiological and biochemical mechanisms of affecting leaf color development.Their chloroplast shape and distribution were observed by ultrastructure of chloroplast for discussing the mutation at the cellular and subcellular level. The young leaves of Chinese Golden Leaf Elm offspring were controlled in different illumination and temperature, their gene expression were studied by cDNA-AFLP. Through comparative analysis, mutant of ulmus pumila gene and chloroplast development related gene were cloned. By the woody plant chlorophyll synthesis means, the factor of mutation of yellow leaves were found . Through mutant mechanism ,we could use the mutation materials to breeding new colored varieties .

以白榆叶色黄化突变体（金叶榆）为材料，通过控制授粉获得自交和杂交子代苗木，分析黄叶突变性状在子代群体中的分布和表现，探索突变性状的遗传规律。以金叶榆自交和杂交子代中黄叶苗木和绿叶苗木为研究对象，比较分析叶片光合色素含量、光合速率及光能转化效率，从光合生理生化水平探明影响叶色发育的生理生化机制；比较分析叶片叶绿体形态和分布，观察比较叶绿体超微结构，在细胞和亚细胞水平探讨突变的原因。利用cDNA-AFLP技术研究金叶榆幼叶经不同光照处理后以及黄叶和绿叶之间的基因表达差异，经比较分析和筛选，克隆白榆突变体光合与叶绿体发育相关基因。通过上述研究，拓展对木本植物叶绿素合成途径的认识，分析白榆黄叶突变的原因，探讨突变机制，为利用该突变材料培育彩叶新品种提供理论基础。

金叶榆是普通白榆的天然黄叶突变体，项目以金叶榆为材料，通过控制授粉获得自交和杂交子代苗木，分析黄叶突变性状在子代群体中的分布和遗传规律。金叶榆（♂）与白榆（♀）杂交子代中黄叶性状与绿叶性状植株表现为1:1的分离规律，说明金叶榆叶色黄化突变性状是基因单点位点突变导致的。以金叶榆自交和杂交子代中黄叶苗木和绿叶苗木为研究对象，在生理生化水平方面，对叶片光合色素含量、光合速率及光能转化效率等参数进行对比分析，以期从光合生理生化水平研究影响叶色发育的生理生化机制；在细胞和亚细胞水平层面，比较分析了叶片叶绿体形态、分布，以及叶绿体超微结构差异，以探讨突变的原因。研究表明，金叶榆吸收捕获电子能力及电子传递速率下降，而且将较少的能量沿着电子传递链传递到光反应中心，即金叶榆的光反应较弱。金叶榆对光能的吸收、转化、运输、二氧化碳（CO2）固定、脂多糖合成、生长素合成、蛋白质运输能力均低于普通白榆。金叶榆类囊体基粒片层垛叠失败或有极少的垛叠，而白榆类囊体大量垛叠形成基粒，垛叠紧密，各基粒通过ST交联形成密集的网状。.金叶榆在遮阴情况下，存在明显复绿现象，本项目在转录层面对不同遮阴处理的金叶榆进行了高通量测序分析，总共获得约32.17Gb的clear数据，得到33,023条有注释信息的unigenes。差异表达的基因数（DEG）随着遮阴程度的增加呈上升趋势，且主要以下调表达基因为主。通过注释及功能富集分析发现，在遮阴条件下，卟啉和叶绿素代谢相关基因显著上调表达，导致叶绿素积累，。通过对金叶榆叶绿体基因组进行De novo测序，发现金叶榆叶绿体基因组序列全长为159113 bp，为典型的四段式结构。金叶榆叶绿体基因组总共编码131个基因，包括90个蛋白编码基因、8个rRNA和33个tRNA基因。与白榆相比，叶绿体基因组中总共有12个基因发生SNP突变（部分基因氨基酸发生变化）。通过上述研究，拓展了对木本植物叶绿素合成途径的认识，分析了白榆黄叶突变的原因，为利用该突变材料培育彩叶新品种提供了理论基础。