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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

赵蔓雅, 孙倩楠, 徐晶晶, 段恬妮, 蔡锦涛, 周婧, 范婷婷, 萧浪涛, 王若仲

植物学报 2025, 60 (4): 515-532. DOI: 10.11983/CBB24112

摘要（80）

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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。

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图3 ycl和XYYH-3-1叶片的显微结构及叶绿体超微结构
(A), (B) 野生型子叶显微结构; (C), (D) 突变体子叶显微结构; (E), (F) 野生型叶绿体超微结构; (G), (H) ycl叶绿体超微结构。(F)是(E)中红色圆圈中的叶绿体放大版。(H)是(G)中红色圆圈中的叶绿体放大版。Sg: 淀粉粒; TH: 类囊体; GL: 基粒片层; O: 嗜锇体

正文中引用本图/表的段落

分别对ycl和XYYH-3-1子叶期叶片进行显微观察, 发现野生型叶片中, 海绵组织与栅栏组织结构饱满、排列有序且紧密(图3A, B); 突变体ycl中, 栅栏组织和海绵组织细胞排列散乱, 缺乏明确的界限, 细胞之间的空隙较大, 叶脉也相对较小(图3C, D), 表明ycl的叶片组织发育异常。用透射电镜(transmission electron microscope, TEM)观察ycl突变体和野生型子叶的超微结构, 发现野生型叶片的叶绿体形状大多为长椭圆形或梭形, 细胞内数目多(图3E); ycl突变体叶片的叶绿体膨胀成近圆形(图3G)。与野生型相比, ycl突变体的叶绿体结构简单且发育不良, 基粒片层稀疏, 叶绿体内积累了大量的嗜锇体(图5H), 表明黄化致死突变体ycl的叶绿体发育存在明显缺陷。

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