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水稻是我国重要的粮食作物,也是单子叶植物研究的模式作物。叶片是绿色植物光合作用的主要器官,而叶绿素是进行光合作用的主要场所。绿色植物叶片吸收的光强超过光合作用的饱和光强时,就会发生光合作用的光抑制。光抑制现象在C3植物中普遍存在,高光强下伴以其它理化逆境(低温、高温、干旱、盐渍、大气污染等)时,加剧光抑制,使叶绿素降解,出现叶片“黄化”的光氧化现象。
在选育的籼型两用不育系812S中分化出1个农艺性状基本一致的光氧化变异株系812HS,秧苗期叶片正常绿色,但在分蘖盛期-拔节期,在强烈阳光照射下,叶色发生非常明显的光氧化现象。本研究对812HS的生理特性和遗传行为进行了研究,并对光氧化基因进行了初步定位,主要结果如下:
1.生理分析表明,812HS叶片的PSⅡ反应中心活力和PSⅡ电子传递活力低于野生型,而剩余光能高于野生型,光能利用效率低于野生型。说明812HS的性状为已合成的叶绿素受低温强光引起的光氧化伤害。
2.将812HS与090028杂交,繁衍获得F2群体,在分蘖盛期-拔节期低温强光下,叶色出现光氧化与非光氧化植株的明显分化。卡方检验表明,光氧化株数:非光氧化株数的比值符合3∶1的孟德尔分离比例,表明812HS的光氧化性状受一个显性主基因控制。
3.采用BSA法,用经典的495对RM#系列微卫星SSR标记,对水稻双亲、光氧化基因池、非光氧化基因池进行筛选。F2群体分离的隐性单株连锁分析表明,第4染色体上的标记RM307和RM401与光氧化基因连锁遗传,2个标记之间遗传距离为8.8cM,光氧化基因与2个标记之间的遗传距离分别为4.3cM和4.5cM。经检索,该显性光氧化基因属首次发现的新基因,暂命名为LPO1(t)(leaf photo-oxidation1)。本研究为LPO(1)(t)基因的分子标记辅助选择育种和基因克隆奠定了基础。