水稻卷叶突变体的特性分析与基因定位(2)
水稻作为一种单子叶禾本科植物，其叶片的结构有着与双子叶植物叶片相区别的非常明显的特征。水稻的叶由叶片和叶鞘两部分组成，由于叶片相对于叶鞘在结构上要复杂很多，所以学界对叶片的结构研究较多。禾本科植物的叶片叶肉由排列紧密的薄壁细胞构成，叶脉由维管束构成。水稻叶片表皮细胞为一层，形状规则，主要由长细胞和短细胞两种细胞构成。在叶片的上表皮中还分布着一种大型细胞，被称为泡状细胞。泡状细胞的细胞壁比较薄，有着较大的液泡，通常几个排列在一起，分布在两个维管束之间。泡状细胞是水稻等禾本科植物所特有的一种抗性细胞，在抗旱方面有着特殊的作用。由于泡状细胞有着较大的充满水的液泡，因此在植株缺水时，泡状细胞会首先失水皱缩，最终导致叶片呈卷筒状卷曲，蒸腾作用减小，达到保水的目的。因此，有研究表明，泡状细胞与禾本科植物的叶片运动有着很紧密的联系。
人们通过对水稻资源的筛选，利用物理和化学手段诱变以及转基因等手段获得很多卷叶资源和突变体材料。以这些材料为介质，越来越多的控制水稻卷叶的基因位点被发现。随着对水稻卷叶的分子遗传学的研究深入，目前有很多的控制水稻卷叶的基因已经被克隆了出来[25]。
对这些基因的功能，学界也进行了相关的研究。综合前人的研究发现，决定卷叶性状的因素并不是单一的，卷叶的形成是体外的环境因子和植物体内严格的遗传调控系统相互作用的结果。近年来，随着分子生物学技术的快速发展和对于水稻的研究的日益深入，学界对水稻的卷叶形成机制有了相当的进展。根据已有研究结果，初步推测叶片发生卷曲，最有可能直接与叶片的近轴 Z 远轴化发育有关，包括 PHAN、HD-ZIPⅢ、YABBY和KANAD基因家族中的基因[23]。这些控制卷叶性状的基因在单子叶和双子叶作物中存在较高的保守性。下面列举前人已发现的一些与水稻卷叶性状有关的基因及其功能。
首先，ND1基因编码一个类纤维素合成酶蛋白D4。在ndl突变体中，细胞壁中充满高离子密度的材料的薄壁组织被发现异常增厚，最后导致叶片狭窄以及卷曲。RL14被发现编码一个2OG-Fe (II)氧化蛋白酶，在rl14突变体中，植株的次生细胞壁受到消极调控，同时植株的水分运输也受到消极影响。因此，植株叶片表皮的泡状细胞和气孔复合体开始萎缩，导致叶片卷曲。ADL1编码一个类钙蛋白酶半胱氨酸蛋白酶，它的突变导致HD-ZIPIII在成熟叶片中的表达模式的变化。通常，HD-ZIPII仅在在叶片的近轴面表达，并且是决定叶片的近轴层面的重要因子。但是，在ADL1基因的突变体中，本来仅在叶片近轴面生长的泡状细胞被发现长满了整个叶片的表面，并因此使得叶片近轴卷曲。ROC5基因编码一种包含在亮氨酸拉链域中的蛋白质，这个基因与拟南芥中的GLABRA2同源，并且曾经被证明能够消极调泡状细胞的发育。当ROC5基因被敲除，叶片表皮的泡状细胞的数量和面积都有明显上升，并导致叶片的卷曲。ACL1基因编码一种功能目前还未知的蛋白，在ACL1的突变体中，ACL1基因的表达显著地高于野生型。在这种突变体中，泡状细胞的数目和面积的增加同样是导致叶片卷曲的原因。在最近，编码一个具有锌指结构的转录因子 OsZHD1被报道，该基因突变会引起叶片的反卷[8]。
虽然目前已有十多个水稻卷叶相关基因被克隆，但人们对控制卷叶性状的遗传基础和分子机理还知之甚少。为了鉴定新的水稻卷叶相关基因，我们对Co60诱变的水稻日本晴突变体进行了卷叶性状筛选，结果分离到一个正卷叶突变体，命名为rl1。本项目通过连锁分析法等方法初步定位一个新的控制水稻卷叶性状的基因，并通过农艺学性状的指标测量，叶片叶绿素的含量分析，叶片细胞学结构的分析较全面的研究rl1这一新的突变体。