镁螯合酶I亚基基因缺失导致小麦新型叶色突变体的发现及其在叶绿素合成调控中的机制研究

这篇研究通过BSA-Seq和精细定位技术，鉴定出小麦黄叶突变体SN388-2的关键基因Y1-7A（编码Mg-螯合酶CHLI亚基），揭示了5.3 kb缺失导致Proto IX向Mg-Proto IX转化受阻的分子机制，为叶绿素（Chl）合成和叶绿体发育提供了新见解。突变体表型受两对隐性基因控制，WGCNA分析进一步挖掘了与叶色恢复相关的核心调控网络。

　　

SN388-2：小麦叶色突变体的遗传与分子机制

SN388-2的表型特征与生理基础
小麦黄叶突变体SN388-2在苗期表现出显著的黄叶表型，叶绿素（Chl a和Chl b）含量分别降低68.9%和62.1%，类胡萝卜素（Caro）减少25.8%。透射电镜（TEM）显示其叶绿体膜结构破碎，类囊体排列紊乱。值得注意的是，突变体在恢复期叶色可逆转为绿色，暗示存在动态调控机制。

遗传定位与候选基因鉴定
通过BSA-Seq和2164株F_2:3群体精细定位，发现黄叶表型由7A染色体上的Y1-7A和7D染色体上的Y2-7D两对隐性基因控制。Y1-7A区间内，TraesCS7A03G1163900被锁定为关键候选基因，其编码Mg-螯合酶的CHLI亚基。全基因组测序揭示SN388-2存在5.3 kb缺失（677.482-677.488 Mb），覆盖该基因全长。

分子机制解析
qRT-PCR显示Y1-7A在绿色组织中高表达，亚细胞定位证实其蛋白定位于叶绿体。代谢分析发现突变体中Proto IX与Mg-Proto IX比例显著升高，表明Mg²⁺插入受阻是叶绿素合成障碍的关键。WGCNA挖掘出与叶色恢复相关的"paleturquoise"模块，包含镁转运蛋白（TraesCS3D03G0826300）等6个枢纽基因，调控叶绿体膜发育和色素积累。

进化与育种意义
SN388-2的缺失可能源于远缘杂交中的"基因组洗牌"或转座子激活引发的"基因组休克"。与水稻chlorina-9和玉米Oy1突变体相比，本研究首次报道了小麦CHLI亚基完全缺失的案例，为作物光合效率改良提供了新靶点。

技术亮点
研究创新性地采用"1:3分离群体"策略克服了多基因定位难题，结合BSA-Seq（测序深度>590 Gb）和共表达网络分析，建立了从突变表型到代谢通路的完整证据链。

未解之谜
Y2-7D因靠近着丝粒和黑麦外源片段干扰尚未克隆，其与Y1-7A的协同作用机制值得进一步探索。