图/表详细信息

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）

HTML （4）

PDF（pc）（13433KB）（168）

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。

Material	P_n(μmol·m^-2·s^-1)	G_s(mmol·m^-2·s^-1)	C_i (μmol·mol^-1)	T_r (mol·m^-2·s^-1)
WT	15.85±1.39	0.37±0.08	331±12	4.53±0.62
ycl	-2.49±0.15**	0.14±0.02**	458±7**	2.17±0.31**

View table in article

表4 ycl和XYYH-3-1植株的光合作用参数

正文中引用本图/表的段落

ycl突变体和野生型子叶期叶片的光合参数测定结果显示(表4), ycl的净光合速率(P_n)极显著低于野生型, 说明ycl消耗的有机物量大于光合作用产生的有机物量。ycl的气孔导度(G_s)以及蒸腾速率(T_r)极显著低于野生型, 分别为XYYH-3-1的37.84%和47.24%, 同时伴随着胞间CO₂浓度(C_i)显著上升, CO₂消耗减少。由此推测ycl光合速率降低主要是气孔导度和二氧化碳利用率降低、叶绿素含量减少以及叶绿体发育异常等因素综合作用的结果。

植物叶色突变通常伴随过量活性氧(reactive oxygen species, ROS)的积累, 引发膜脂过氧化。在ycl突变体中, 超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性均显著高于野生型(图4A, B), 表明其通过上调抗氧化酶活性清除ROS, 这一适应性响应可能是缓解叶绿素缺失的补偿机制, 以维持基本的生理功能。ROS的大量积累会导致质膜过氧化产生丙二醛(MDA), 故MDA含量可以反映细胞膜脂质过氧化程度。ycl突变体中MDA含量极显著高于野生型(图4C), MDA大量积累表明突变体的细胞膜结构损伤严重。

为深入探究差异表达基因所涉及的生化代谢以及相关信号转导途径, 对差异表达基因进行KEGG Pathway聚类分析(图6B)。结果显示, 差异表达基因最显著富集的通路有4条, 分别为代谢途径(metabolic pathways) (富集于此的基因有39个)、次生代谢物生物合成(biosynthesis of secondary metabolites) (富集于此的基因有30个)、植物激素信号转导(plant hormone signal transduction) (富集于此的基因有15个)和苯丙素的生物合成(phenylpropanoid biosynthesis) (富集于此的基因有14个)。

本文的其它图/表