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一个新的黄瓜叶色突变体鉴定、初定位及转录组分析
植物学报
2025, 60 (4):
515-532.
DOI: 10.11983/CBB24112
叶色突变体是研究光形态发生、叶绿体发育、叶绿素代谢和光合作用机制等多种生理过程的理想材料。该研究从黄瓜(Cucumis sativus) XYYH-2-1-1株系自交后代中获得1个新的黄化致死突变体ycl (yellow cotyledon lethal)。该突变体自幼苗出土后子叶一直呈黄化状态, 约2周后枯萎死亡, 其生长抑制表型为非光依赖型。与野生型相比, ycl突变体的Chl a和Chl b含量趋于零, 叶绿素生物合成途径中Mg2+螯合过程受阻。显微和超微结构分析发现, ycl叶片组织紊乱、叶绿体发育受阻。ycl的抗氧化酶活性及丙二醛含量显著升高, 说明其受到氧化胁迫, 且抗氧化能力强。ycl净光合速率极显著降低, 胞间CO2浓度上升, 推测ycl光合速率降低源于气孔导度降低、叶绿素含量减少和叶绿体发育受阻。转录组学分析表明, ycl与其野生型间存在337个差异表达基因, 光合作用、类黄酮生物合成、叶绿素代谢和活性氧代谢是导致ycl黄化致死表型形成的关键途径。通过BSA-Seq分析, ycl突变基因初步定位于3号染色体的1.48-1.9 Mb区间, 内含41个候选基因。对ycl突变体的研究为阐明黄瓜叶绿体发育的分子机制提供了参考。  View image in article
图2
ycl与XYYH-3-1叶绿素及其合成中间代谢产物的含量
(A) 叶绿素合成中间代谢产物的相对含量; (B)光合色素含量。WT: 野生型; 5-ALA: 5-氨基乙酰丙酸; PBG: 胆色素原; Urogen III: 尿卟啉原III; Coprogen III: 粪卟啉原III; Proto IX: 原卟啉IX; Mg-Proto IX: Mg-原卟啉IX。*表示差异显著(t检验, P<0.05); **表示差异极显著(t检验, P<0.01); ns表示差异不显著。
正文中引用本图/表的段落
与野生型(XYYH-3-1)相比, 突变体ycl的Chl a、Chl b、Caro和Total Chl含量均显著降低, 分别下降至野生型的0.12%、0.19%、0.14%和20.32%, 并且叶绿素a和叶绿素b的含量均趋于零。ycl叶绿素a/b为1.93, XYYH-3-1叶绿素a/b为3.01, 说明相较于叶绿素b, 突变体的叶绿素a含量下降幅度更大; 此外, 突变体与野生型的总叶绿素/类胡萝卜素(Total Chl/Caro)值分别为0.04和6.63 (图2B; 表3), 表明ycl叶片黄化的形成主要是叶绿素含量显著降低, 尤其是叶绿素a含量减少所致。
为了进一步探讨突变体中光合色素缺失的原因, 对叶绿素生物合成中间代谢产物含量进行测定。将野生型叶绿素合成的各种前体物质含量统一设定为100%, 结果表明, 与野生型相比, 突变体子叶中5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)、胆色素原(PBG)、尿卟啉原III以及粪卟啉原III的含量均上升, 分别为野生型的107.56%、118.99%、158.35%和127.31%; 而原卟啉IX及Mg-原卟啉IX的含量有所降低, 为野生型的86.25%和55.31%, 但Proto IX的含量与野生型相比无显著差异(图2A)。由此推测ycl突变体叶绿素合成过程中Proto IX镁离子螯合受阻, 导致Mg-Proto IX积累减少, 使得合成通路无法合成后续产物, 最终使叶绿素a和叶绿素b含量急剧降低。
本文的其它图/表
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