叶绿素仪——水稻种各类基因的功能转换以及切入研究
叶绿素是植物进行光合作用*主要的参与者，没有叶绿素，植物就不可能进行光合作用。叶绿素含量的高低，决定了植物光合作用的效率，它控制着光合速率和光合产物，从而直接影响着作物的产量和品质。叶绿素也分为好多种，有叶绿素a，叶绿素b，叶绿素c和叶绿素d，但是一般的植物中叶绿素a，叶绿素b含量比较多，而另外两种比较少。叶绿素a存在于光反应中心和天线复合物中,而叶绿素b只存在于天线中。天线复合物是捕光复合物,又称捕光叶绿素2蛋白质复合物,起到吸收光能及传递光能到作用中心的作用,调控着作物对不同环境特别是光条件的适应能力,从而控制着光合作用的强度。已有研究表明,弱光条件下,叶绿素a/b的比率更低,但天线复合物所占的比例却更高。Tanaka等研究指出叶绿素b是天线复合物的调控者,因此研究叶绿素b的合成调控将更好理解植物适应不同光密度的机制。而如果我们需要了解植物中叶绿素含量的多少，我们可以借助SPAD502叶绿素仪或者叶绿素含量仪来测定，其中SPAD502叶绿素仪是一款手持式仪器，可以将其直接带到田间，随时进行测定，方便快速。
*近,一些编码叶绿素合成的基因已被分离出来,叶绿素a氧化酶( chlorophyll a oxygenase,CAO)就是其中之一。研究表明, CAO是由叶绿素a合成叶绿素b时和必要酶。Espineda等通过研究缺失和渗漏拟南芥叶绿素氧化酶基因(AtCAO)发现,缺失AtCAO基因的情况下,不能检测到或是检测到很少量的叶绿素b。AtCAO受叶绿素b的反馈调控,弱光的条件下,叶绿素a/b的比率降低,叶绿素b含量增加,反馈抑制AtCAO基因的转录水平。众所周知,叶绿素含量与氮营养密切相关,叶绿素总量、叶绿素a与总氮量以及叶片中铵态氮含量的相关系数在0.520 –0.557 之间,呈显著相关 ( P < 0105),而且从叶色分布的特点还可以诊断作物的氮素营养。本试验利用PCR技术对Tos17插入1个可能的叶绿素a氧化酶基因的插入位点进行鉴定和纯合体筛选,并分析了此基因在不同氮营养下的表达特征,为进一步利用该突变体研究此基因的功能和与氮营养的关系奠定基础。
鉴定到Tos17插入突变的基因,根据其蛋白质序列的分析,含有两个保守的结合位点即RieskeFe2S蛋白结合位点和单核心铁结合位点,是一个氧化酶,类似于已鉴定的衣藻和拟南芥的叶绿素a氧化酶基因,能够催化叶绿素a合成叶绿素b,命名此基因为OsCAO。利用PCR技术鉴定到Tos17插入在此基因的第5个外显子区域,而且从9株水稻中鉴定到3株纯合突变体,为直接利用此突变体研究其功能奠定了基础,避免了盲目性。众所周知,叶绿素与氮营养密切相关,本研究结果也表明单一铵营养抑制了OsCAO的表达,而氮胁迫增强了此基因的转录水平,这可能与影响叶绿素含量特别是叶绿素b的含量密切相关,而色素的含量变化可以作为植物预防外界胁迫的一种保护措施。李宝珍等研究不同形态氮和氮饥饿条件下总叶绿素及其叶绿素a和b的特点,结果表明单一的铵营养显著增加了总叶绿素和叶绿素b的含量,而氮饥饿条件下总叶绿素和叶绿素b的含量,这恰好与Os2CAO的表达相反。正如对拟南芥AtCAO的研究发现,叶绿素b含量增加,反馈抑制A tCAO的转录水平。
水稻叶绿素a氧化酶与叶绿素的含量和氮营养密切相关,此基因的鉴定及其纯合体突变种的获得,对于有目的进一步的研究其功能,以及探究植物对环境胁迫的适应性有重要的作用。