水稻白化轉(zhuǎn)綠葉色突變體研究進展

唐輝武，張 蘭，蔡培榮，黃瀟溢，秦銀嬌，吳梓鵬，朱嘉慧，王麗敏

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院現(xiàn)代種業(yè)創(chuàng)新研究院，廣東 廣州 510225）

大量研究預(yù)測，至2050年，全球人口將由目前的73億增加至97億，人們的生活不斷富庶，飲食結(jié)構(gòu)逐漸改變，優(yōu)質(zhì)的動物食品及奶制品需求激增，這將需要生產(chǎn)大量的初級食品，全球糧食需求將會是現(xiàn)在的2倍以上［1-3］。水稻是主要的糧食作物之一，全世界超過50%的人口（我國超過60%的人口）以水稻為主食［4］。通過提高光合效率增加生物量是提高水稻單位面積產(chǎn)量的有效途徑，而光合作用效率與葉綠體的功能和活性密切相關(guān)［5］。葉色變異是一種常見的突變性狀［6］，葉色突變體是研究葉綠體發(fā)育和調(diào)控的良好材料。水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體是葉色突變中比較特殊的一類，水稻苗期葉片中缺乏葉綠素，表現(xiàn)出白化現(xiàn)象，但植株生長發(fā)育到一定時期又能正常合成葉綠素，其失綠的葉片又逐漸恢復(fù)綠色，最終表現(xiàn)為正常綠色，因此將其定名為白化轉(zhuǎn)綠突變體［7］。階段性的白化轉(zhuǎn)綠現(xiàn)象源于非致死的葉色突變，主要表現(xiàn)為苗期白化［8-9］，與黃化突變相比較，白化突變體在苗期更加容易鑒定，因此在圖位克隆和后續(xù)實驗驗證等方面具有較大的優(yōu)勢［10］?；诜肿由飳W(xué)的快速發(fā)展，目前已經(jīng)通過定位或基因克隆等方法鑒定到多個控制白化轉(zhuǎn)綠性狀的基因［11-12］。隨著對植物葉色突變體的研究和認(rèn)知的加深，其潛在的價值逐漸被發(fā)掘，很多植物葉色突變體已廣泛應(yīng)用到基礎(chǔ)科學(xué)研究和實際生產(chǎn)中。本文從白化轉(zhuǎn)綠突變體的表型、分類、來源、作用機制、遺傳方式及應(yīng)用等方面綜述了近年來關(guān)于水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體的研究進展，為研究水稻葉綠體的發(fā)育、光合作用機制等理論研究以及雜交育種等實際應(yīng)用提供參考。

1 白化轉(zhuǎn)綠突變體的表型及分類

白化轉(zhuǎn)綠突變體是對具有白化轉(zhuǎn)綠性狀的統(tǒng)稱，并不是所有的性狀都是嚴(yán)格的白化轉(zhuǎn)綠表型，只是具有這種共同的表型變化趨勢或過程，突變體白化轉(zhuǎn)綠的過程和轉(zhuǎn)綠的程度也不盡相同。正是因為有此特點，才使得不同類型的白化轉(zhuǎn)綠突變體均具有理論和實際研究的價值。

1.1 白化轉(zhuǎn)綠突變體表型

樓玨等［13］對水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體標(biāo)8S的研究表明，其在第1～4葉邊緣表現(xiàn)為失綠，其中第1、2葉白化面積較大，而第3、4葉逐漸減少，在第5葉基本恢復(fù)綠色。王軍等［14］對水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體v13（t）進行研究，發(fā)現(xiàn)其在3葉期前都表現(xiàn)為白化，只有葉尖和葉鞘有少量綠色，在4葉期初開始轉(zhuǎn)綠，到第6葉時幾本恢復(fù)正常綠色。金怡等［15］發(fā)現(xiàn)了1個在生長初期葉色表現(xiàn)為白條紋、而至抽穗期其穗部表現(xiàn)為白化的水稻突變體wslwp，其在1葉期時葉色表現(xiàn)為白化，至2葉期以后的新生葉由中脈開始逐漸轉(zhuǎn)綠。蔡海亞等［16］鑒定到1個由GRA3控制的水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體，該突變體在2葉期到4葉期間葉片邊緣白化，4葉期后轉(zhuǎn)綠。鄒金財?shù)龋?7］發(fā)現(xiàn)了水稻階段性溫敏白化轉(zhuǎn)綠突變體stgrɑ254，該突變體在大田種植條件下，第1～5葉呈正常綠色，第6葉完全展開時近中部開始出現(xiàn)橢圓形小白斑點，在分蘗盛期逐漸融合成大白斑點，后漸漸轉(zhuǎn)綠，直至成熟期呈現(xiàn)正常綠色。

1.2 白化轉(zhuǎn)綠突變體分類

白化轉(zhuǎn)綠突變體的分類方法很多，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)不同表型的葉色特點將突變劃分為單色突變、雜色突變和漸變突變［18］；根據(jù)白化轉(zhuǎn)綠后葉片的顏色差異，可劃分為白化轉(zhuǎn)淺綠、白化轉(zhuǎn)綠和白化轉(zhuǎn)黃綠突變體［19］；根據(jù)所缺失的色素類型，可劃分為caro缺乏型和chlb缺乏型［20］；根據(jù)突變表型對光周期、營養(yǎng)等環(huán)境因子的敏感特性，可劃分為光敏型和營養(yǎng)敏感型，光敏型又分為光照強度敏感型和光周期敏感型［21］；根據(jù)水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體葉色表達與溫度的關(guān)系，可劃分為高溫敏感型、低溫敏感型和溫鈍型3種［22］；根據(jù)突變基因類型，又可劃分為核基因和胞質(zhì)基因控制兩種類型［21］。一般而言，研究者會根據(jù)所獲得的白化轉(zhuǎn)綠突變體的特點進行分類。

2 白化轉(zhuǎn)綠突變體來源

植物出現(xiàn)葉色突變的原因多種多樣，其中自然突變和人工誘變是水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體的主要來源。

2.1 自然突變

自然突變是指在沒有任何人為干預(yù)的自然條件下形成的突變，但突變概率較低且不易被發(fā)現(xiàn)。即使得到了可進一步研究的突變體，也需要利用圖位克隆法定位該自發(fā)突變的基因，利用該方法定位突變基因時間長且難度較大，因此存在一定的局限性［6］。日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了virescentl-12系列自然突變的白化轉(zhuǎn)綠突變體，并對其中的v1、v2、v3、v9、v10、v11作進一步的深入研究［23-26］。Chen等［27］在粳稻品種秋豐（Qiufeng）中，發(fā)現(xiàn)了自然突變產(chǎn)生的白化轉(zhuǎn)綠突變體Qiufeng M。鄧鋒林等［28］在水稻花培后代中發(fā)現(xiàn)一種苗期葉片白化而隨著生長發(fā)育葉片轉(zhuǎn)綠的突變體，將該突變性狀轉(zhuǎn)入溫敏不育系培矮64S中育成白化轉(zhuǎn)綠突變體白02S。該性狀可作為一種形態(tài)標(biāo)記性狀應(yīng)用于水稻雜交種子和不育系純度的苗期快速鑒定。因自然突變不涉及基因編輯，在實際應(yīng)用中更具安全性，但自然突變往往比較少。

2.2 人工誘變

物理誘變、化學(xué)誘變和基因操作技術(shù)誘導(dǎo)突變是最常使用的人工誘變方法。人工誘變的優(yōu)點在于可以大幅度提高突變率，加快新品種選育的進程，并創(chuàng)造出新的種質(zhì)資源；缺點是無法控制突變的方向。

物理誘變指利用物理因素如輻射、離子束、激光和衛(wèi)星搭載等方式處理植物種子、花粉及根尖等使其產(chǎn)生突變的方法?；瘜W(xué)誘變是指通過化學(xué)誘變劑處理產(chǎn)生的突變，常見化學(xué)誘變劑的種類有堿基類似物及相關(guān)化合物、烷化劑和其他種類的誘變劑，其中以烷化劑甲基磺酸乙酯（EMS）應(yīng)用最為普遍。通過理化因素誘變可以在較短時期內(nèi)獲得大量突變體，而其中的葉色突變目前已廣泛應(yīng)用于植物育種工作中，并取得了很大的成就。浙江大學(xué)原子核農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所已建立一套利用60Co-γ輻射誘變培育白化轉(zhuǎn)綠突變體的技術(shù)，先后育成了白豐A等帶葉色標(biāo)記的不育系［29］。夏英武等［30］用60Co-γ射線處理水稻溫敏核不育系2177S，獲得了一批常見的葉色突變體材料。

利用基因操作技術(shù)對生物體基因組特定目標(biāo)基因進行修飾是較為精準(zhǔn)的一項技術(shù)，通常使用基因沉默、插入突變等方式進行基因修飾?；虺聊蛔兪抢没虮磉_調(diào)控技術(shù)使某些基因失活而產(chǎn)生突變。Liu等［31］利用該技術(shù)從轉(zhuǎn)基因水稻株系中分離篩選得到1個對溫度敏感的突變體，當(dāng)溫度高于26 ℃時，該突變體會出現(xiàn)白化轉(zhuǎn)綠的表型?；虺聊瑢?dǎo)致的葉色突變體多被用于研究特定基因的功能。插入突變是利用T-DNA、轉(zhuǎn)座子（Ac/Ds系統(tǒng)）、逆轉(zhuǎn)座子（Tos17）等元件插入到植物基因組中誘發(fā)突變。楊轉(zhuǎn)英等［32］運用T-DNA插入突變從變異群體中選育了一系列白化轉(zhuǎn)綠突變株系。何旎清等［33］在水稻品種‘Dongjin’的T-DNA插入突變體庫中篩選到1個不受溫度影響的黃綠葉突變體。隨著基因工程技術(shù)的飛速發(fā)展，通過基因工程操作的方法獲得大量葉色突變體越來越容易，但對于其分子機理的研究仍需不斷探索。

3 水稻白化轉(zhuǎn)綠分子機制

一般情況下，植物葉色突變會對光合作用產(chǎn)生影響，進而影響植物的生長發(fā)育，情況嚴(yán)重時，甚至引起植株死亡。葉色變異的發(fā)生與色素的合成和降解、葉綠體發(fā)育、核質(zhì)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等因素密切相關(guān)［34］。水稻白化轉(zhuǎn)綠突變的產(chǎn)生機制主要由光合色素生物合成途徑中的基因突變、葉綠體發(fā)育過程相關(guān)基因突變以及質(zhì)－核信號傳導(dǎo)途徑受阻等調(diào)控［12］。

3.1 光合色素生物合成途徑中的基因突變

葉綠體的發(fā)育和光合色素的合成是水稻白化轉(zhuǎn)綠的重要條件之一，受外界因素影響較大。高等植物葉片中的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素。光合色素是由多個類異戊二烯組成的萜類化合物，類異戊二烯的合成途徑之一質(zhì)體MEP（2-C-Methyl-D-Erythritol-4-Phosphate，MEP）途徑中編碼任意一個酶的基因發(fā)生突變，都會影響植物葉綠素及類胡蘿卜素的合成，進而影響葉綠體發(fā)育，引起葉色變異［35］。

3.1.1 葉綠素合成途徑中的基因突變 葉綠素主要以Chla和Chlb的形式存在于高等植物中。葉綠素的合成過程比較復(fù)雜，需要多種不同的酶參與協(xié)作才能完成。在這個過程中，任何一個基因發(fā)生變化，都可能對葉綠素的合成產(chǎn)生一定的影響，進而導(dǎo)致植物的葉色發(fā)生一定的變化［32］。Zhang等［36］研究發(fā)現(xiàn)，水稻中編碼Mg2+螯合酶相關(guān)基因發(fā)生突變，會引起該螯合酶活性下降，進而葉綠素合成量減少，葉色發(fā)生變化。Wu等［37］通過對葉綠素合成相關(guān)基因YGL1的研究，發(fā)現(xiàn)YGL1突變會導(dǎo)致葉綠素合成酶活性降低，進而延緩葉綠素的合成。Lee等［38］研究發(fā)現(xiàn)OsCAO1/2基因發(fā)生突變會影響chlb的合成，導(dǎo)致葉片出現(xiàn)白化、株高變矮等現(xiàn)象，嚴(yán)重時還會引起植株早衰死亡。水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體w1在低溫環(huán)境下，葉綠素合成卟啉原形成部位受阻，導(dǎo)致水稻葉片出現(xiàn)白化；當(dāng)溫度高于23 ℃時，w1的葉綠素合成逐漸恢復(fù)正常，葉色隨葉綠素含量增加逐漸轉(zhuǎn)綠［39］。WSL9編碼HNH核酸內(nèi)切酶，低溫條件下在轉(zhuǎn)錄水平上影響葉綠素的合成［40］。ASL4編碼30S核糖體蛋白S1，該基因突變后影響葉綠素和類胡蘿卜素的合成，導(dǎo)致葉片白化［41］。

3.1.2 類胡蘿卜素合成途徑中的基因突變 類胡蘿卜素是植物光合色素的重要組成部分，包括胡蘿卜素和葉黃素，在光合作用中吸收和傳遞光能［42］。研究表明，OsLCY編碼番茄紅素β-羥化酶，當(dāng)其缺失時會導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄提前終止，類胡蘿卜素的合成受阻，植株葉色出現(xiàn)白化現(xiàn)象。OsPDS編碼八氫番茄紅素脫氫酶，當(dāng)外顯子插入錯誤導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄提前終止，水稻葉色也出現(xiàn)白化現(xiàn)象［43］。OsCRTISO編碼類胡蘿卜素異構(gòu)酶，發(fā)生錯義突變后，水稻葉片白化［44］。編碼類胡蘿卜素合成途徑中的酶基因突變會導(dǎo)致類胡蘿卜素合成受抑制，進而出現(xiàn)葉片白化的表型。

3.2 葉綠體發(fā)育過程中的相關(guān)基因突變

綠色植物進行光合作用主要依賴于葉綠體。葉綠體的發(fā)育受核基因組與葉綠體基因組協(xié)調(diào)表達調(diào)控，葉綠體基因的表達變化會引起核基因組發(fā)生相應(yīng)的變化，調(diào)控相關(guān)基因的表達，進而導(dǎo)致葉色發(fā)生突變［45］。水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體v1中，OsRpoTp編碼葉綠體RNA聚合酶，該基因發(fā)生突變會導(dǎo)致葉綠體發(fā)育不正常，導(dǎo)致植株出現(xiàn)白化［46］。ASL1編碼葉綠體核糖體蛋白S20，該基因發(fā)生突變會導(dǎo)致控制相關(guān)葉綠體蛋白合成的核基因表達異常，使得水稻在苗期呈現(xiàn)白化表型［47］。參與葉綠體發(fā)育的GRA（T）基因編碼葉綠體蛋白合成延伸因子Tu（EF-Tu），其突變體在出苗時開始表現(xiàn)為白化，三葉期前葉片邊緣白化，隨后開始逐漸恢復(fù)綠色［48］。Zheng等［49］通過EMS誘變獲得苗期白化突變體rɑ1，通過圖位克隆發(fā)現(xiàn)RA1編碼氨酰-tRNA合成酶，該基因突變導(dǎo)致葉片的葉綠素和類胡蘿卜素含量顯著降低，葉綠體發(fā)育異常，在苗期2周內(nèi)表現(xiàn)為葉片白化。TSCD11編碼絲氨酸-tRNA合成酶，其突變體在25 ℃條件下生長與野生型無差別，溫度高于35 ℃，葉片出現(xiàn)白化，葉綠素和類胡蘿卜素含量顯著降低［50］。

3.3 核-質(zhì)信號傳導(dǎo)途徑障礙

細胞核與葉綠體基因組間的核-質(zhì)信號傳導(dǎo)途徑在葉綠體發(fā)育以及光合作用過程中均有重要作用，如果該途徑受到阻遏，會抑制光合色素的合成，這種改變可以作為信號分子傳遞，使相關(guān)核基因的表達得到一定的調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致葉色變異［18］。低溫條件下，水稻白化突變體v2中參與質(zhì)體轉(zhuǎn)錄和翻譯的基因OsRpoTp和OsSIG2A過量表達，導(dǎo)致光合作用相關(guān)基因的表達受到抑制，進一步分析表明，在葉綠體分化早期，質(zhì)體基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯受到抑制，導(dǎo)致核質(zhì)基因交流受到抑制，葉片出現(xiàn)白化現(xiàn)象［25］。Liu等［51］發(fā)現(xiàn)多效發(fā)育缺陷基因（PDD）的等位基因發(fā)生變異后，會影響葉綠體基因的表達，進而影響葉綠體和細胞核之間的信號傳導(dǎo)，使得突變體在五葉期前表現(xiàn)白化。

4 白化轉(zhuǎn)綠突變的遺傳方式

水稻的葉色突變主要受細胞核基因、細胞質(zhì)基因以及核質(zhì)基因互作調(diào)控。

4.1 細胞核遺傳

研究發(fā)現(xiàn)，由細胞核基因突變引起的葉色突變主要由隱性核基因控制，且遵循孟德爾遺傳規(guī)律。李瑞清等［21］通過研究發(fā)現(xiàn)，突變體g9和葉色正常的品種進行雜交得到的F2代群體的性狀分離比符合3∶1的理論分離比，g9的葉色突變受1對隱性核基因控制。楊海蓮等［52］通過遺傳分析發(fā)現(xiàn)，水稻突變體ygl10性狀受控于1對隱性核基因。劉喜等［53］利用水稻葉色白化轉(zhuǎn)綠突變體wgl與‘日本晴’、‘越光’雜交構(gòu)建F2群體，遺傳分析發(fā)現(xiàn)該突變性狀也受控于1對隱性核基因。目前由隱性核基因控制水稻葉色突變體的報道較多［16,28,33,35,54］。

4.2 細胞質(zhì)遺傳

細胞質(zhì)遺傳往往受核基因的影響和控制，但一些半自主性細胞器（如葉綠體和線粒體）可以獨立地遺傳和編碼相關(guān)的遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)。細胞質(zhì)遺傳通常不遵循孟德爾遺傳規(guī)律，大多通過母性遺傳進行。細胞質(zhì)基因引起的葉色突變較少，最早的報道見于Palmer等［55］對大豆的研究。劉友杰［56］采用激光誘導(dǎo)的方法獲得水稻褪綠突變體，通過對該突變體進行遺傳分析，發(fā)現(xiàn)該突變體由細胞質(zhì)基因突變引起。

4.3 核質(zhì)基因互作

核質(zhì)互作通常被理解為核基因組與細胞質(zhì)基因組間存在互相作用。一方面，核基因控制質(zhì)體的發(fā)育，例如水稻核基因OsDVR［57］發(fā)生突變后，抑制了水稻葉綠體的發(fā)育，導(dǎo)致植株出現(xiàn)黃綠葉；另一方面，產(chǎn)生于葉綠體的信號系統(tǒng)也稱為逆行信號，該系統(tǒng)傳輸葉綠體發(fā)育和功能信息到細胞核，進而影響核基因表達［58］。V2編碼1個新型鳥苷酸激酶（GK），在葉綠體發(fā)育過程中參與信號向細胞核傳導(dǎo)，該基因的突變體v2屬于溫度依賴型突變體，在一定溫度條件下突變體喪失質(zhì)體基因的特異表達性，抑制了核基因組編碼質(zhì)體蛋白的表達，導(dǎo)致質(zhì)體蛋白喪失翻譯功能，葉綠體分化受阻，呈白化表型［25］。Xu等［59］在水稻中克隆了編碼1個3'-磷酸腺苷5'-磷酰硫酸轉(zhuǎn)運蛋白的基因PAPST1，該基因突變導(dǎo)致葉片發(fā)育早期表現(xiàn)枯黃，進一步通過亞細胞定位等試驗推測該基因可能作為3'-磷酸腺苷5'-磷酰硫酸載體，在細胞核和葉綠體之間起到信號傳導(dǎo)作用。目前核質(zhì)基因互作是研究的熱點，其中機理仍有待探索。

5 影響水稻葉片白化轉(zhuǎn)綠的因素

高等植物葉綠體的發(fā)育一般分為3個階段：第一階段是質(zhì)體DNA的復(fù)制及質(zhì)體的分裂；第二階段是葉綠體遺傳系統(tǒng)的建立；第三階段是核-質(zhì)基因高效表達引導(dǎo)葉綠體光合系統(tǒng)的合成與裝配，核基因編碼的 RNA聚合酶（nuclear encoded RNA polymerase,NEP）在葉綠體發(fā)育早期大量合成，之后受到抑制，此時質(zhì)體編碼的RNA聚合酶（plasmid encoding RNA polymerase，PEP）開始活化，葉綠體發(fā)育完成［60］。葉綠體的發(fā)育涉及激活大量相關(guān)核基因和葉綠體基因，到目前為止其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚未完全清晰。影響水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體葉色變化的內(nèi)因主要是相應(yīng)的核基因和葉綠體基因，外因主要是溫度、光照等環(huán)境因素及氮代謝等。

5.1 溫度、光照等環(huán)境因素

溫度對水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體的表型有重要影響，而且不同的突變體表現(xiàn)出的反應(yīng)存在差異。常見的溫敏核不育系葉色突變類型有3種：低溫表達型、高溫表達型和溫鈍型［22］。低溫敏感型的水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體白01S、w1、v13（t）、v1、v2等表現(xiàn)為低溫白化，在高溫條件下轉(zhuǎn)綠［35］。這是由于在低溫條件下，合成光合色素的相關(guān)酶活性降低，酶促反應(yīng)受到抑制，導(dǎo)致相關(guān)蛋白合成速率慢，甚至無法合成，從而形成白化葉［25］，例如董華林等［61］研究發(fā)現(xiàn)突變體gr在20 ℃時葉片出現(xiàn)白化并停止生長。高溫敏感型突變體w4和w11等在30～35 ℃的溫度下葉片出現(xiàn)白化，但在20～25 ℃時葉片卻表現(xiàn)為黃化。溫鈍型突變體對溫度鈍感，其白化轉(zhuǎn)綠主要依靠水稻生育進程的發(fā)展［25］。目前已有相關(guān)研究表明，多數(shù)轉(zhuǎn)綠型水稻葉色突變體的轉(zhuǎn)綠受到溫度、生育進程或二者的共同調(diào)控，溫度對細胞內(nèi)的酶促反應(yīng)影響很大，一般認(rèn)為高溫脅迫下植株葉綠素含量的響應(yīng)方向或幅度與增溫階段或強度有關(guān)［62］。水稻階段性溫敏白化轉(zhuǎn)綠突變體stgrɑ254的生長發(fā)育和外界溫度一起調(diào)控著該突變體的表型［17］。光是葉綠體發(fā)育的必要條件。光照條件下，1/3的核轉(zhuǎn)錄受到影響，包括許多編碼葉綠體靶向蛋白的轉(zhuǎn)錄［63］。光照也是影響植物光合作用的重要因素，某些葉色突變體對光周期具有敏感性，突變體v3在白天（30 ℃、光照12 h）、夜晚（20 ℃、黑暗12 h）的條件下，葉片表現(xiàn)為正常的綠色［23］，溫度和光周期協(xié)同控制葉色的變化。

5.2 氮代謝

碳氮代謝的變化直接影響植物光合作用產(chǎn)物的形成、轉(zhuǎn)化和蛋白質(zhì)的合成等，是植物的基本代謝過程。氮是葉綠素分子的重要組成部分，葉片中的氮含量會影響葉綠素的合成及葉綠體的發(fā)育，進而影響植株的光合作用，導(dǎo)致植株出現(xiàn)黃化或者白化的現(xiàn)象［64］。在缺氮的條件下，植物體內(nèi)的葉綠素含量隨著氮含量的增加而增加，葉色相應(yīng)發(fā)生變化［65］。Zhou等［66］研究發(fā)現(xiàn)，施氮程度的差異會促使水稻葉綠素含量發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，進而影響葉色。關(guān)于常規(guī)水稻氮代謝的研究較多，而關(guān)于白化轉(zhuǎn)綠突變體白化階段的氮代謝研究較少，利用白化轉(zhuǎn)綠突變體，白化轉(zhuǎn)綠階段的變化來研究水稻的氮素調(diào)控是很好的材料。

5.3 其他因素

植物葉片是響應(yīng)脅迫的重要場所，一些白化轉(zhuǎn)綠突變體會應(yīng)對脅迫反應(yīng)產(chǎn)生表型變化。水稻白化突變體Oslcd1對鹽脅迫和干旱脅迫敏感［68］。劉喜等［53］發(fā)現(xiàn)水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體wgl在3葉期葉片的超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性比野生型明顯增加，過氧化氫酶（CAT）活性明顯降低，且丙二醛（MDA）含量明顯增加，說明wgl在3葉期受到一定程度的氧化脅迫，葉色白化轉(zhuǎn)綠的過程也隨之受到影響。

6 應(yīng)用與展望

葉綠體是植物光合作用的主要場所和細胞的能量供應(yīng)中心，對植物的生長發(fā)育和細胞的新陳代謝至關(guān)重要［68］。葉綠體由自身基因組編碼的基因約有100個對質(zhì)體蛋白的合成和光合作用起到重要作用，此外，還有超過3 000種由核基因編碼并定位到葉綠體的蛋白參與葉綠體的發(fā)育和光合作用的調(diào)控［69-70］。因此，葉綠體的發(fā)育高度依賴細胞核基因和葉綠體基因的協(xié)調(diào)控制［71-72］。由于細胞核和葉綠體基因之間復(fù)雜的相互作用，一些關(guān)鍵調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的基因突變將影響葉綠體發(fā)育，導(dǎo)致葉色突變，甚至引起植株死亡［73］。非致死的葉色突變體常被用作探究葉綠體發(fā)育、葉綠素生物合成及植物光合作用機制的重要材料，目前通過葉色突變體已鑒定和克隆到多個調(diào)控葉綠體發(fā)育的關(guān)鍵基因。由于葉色表型明顯、遺傳穩(wěn)定、調(diào)查便捷，水稻葉色突變體還可作為表型標(biāo)記應(yīng)用于雜交稻育種［6］，不僅可以測定種子純度，還可以在苗期去除因受到外源花粉污染的種子和假雜種［28］，極大程度上減少了目標(biāo)種子純度的鑒定時間，大大提高了育種效率。葉色突變還可應(yīng)用于品種改良和功能基因組學(xué)等研究。

利用水稻葉色突變體還可以培育出具有觀賞價值的水稻品種，提高水稻的經(jīng)濟價值；或?qū)⑼蛔內(nèi)~色基因轉(zhuǎn)移至其他觀賞類植物中，創(chuàng)造觀賞植物新品種。在水稻中已有很多白化突變體的發(fā)現(xiàn)和研究，盡管導(dǎo)致葉綠素缺乏的原因各異，但許多白化突變體在生理特性和細胞學(xué)水平上表現(xiàn)出一定的一致性或相似性［11］。目前關(guān)于水稻白化轉(zhuǎn)綠突變體的研究多集中在表型鑒定、遺傳分析及精細定位方面，雖然已鑒定多個控制水稻白化轉(zhuǎn)綠的基因，但其生物學(xué)功能和其下游的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)并不十分清晰，這些基因是如何調(diào)控葉綠體結(jié)構(gòu)和發(fā)育的還有待深入解析，進一步闡明白化轉(zhuǎn)綠的分子機理對葉綠體的發(fā)育調(diào)控的理論研究及遺傳育種的生產(chǎn)應(yīng)用均具有重要意義。