油菜hau CMS線粒體基因組和不育基因的研究.pdf

1、細(xì)胞質(zhì)雄性不育(CMS)是油菜雜種優(yōu)勢利用的重要途徑之一，同時也是研究核質(zhì)互作的重要實驗材料。因此CMS系統(tǒng)深受育種學(xué)家和生物學(xué)家的廣泛關(guān)注。目前，在油菜生產(chǎn)中目前應(yīng)用的CMS系統(tǒng)有:pol CMS、ogu CMS等。同時，在蕓薹屬中還有很多正在研究的細(xì)胞質(zhì)雄性不育類型，包括nap胞質(zhì)、Tour CMS、Moricandia arvensis CMS、Nsa CMS、NCa CMS、hau CMS、菘油CMS(inap CMS)等。

2、r>　　細(xì)胞質(zhì)雄性不育主要是由于細(xì)胞質(zhì)中的線粒體基因?qū)е碌男坌圆挥?，但是目前在油菜中線粒體基因如何導(dǎo)致雄蕊的敗育還不十分清楚。油菜hau CMS不育性徹底、穩(wěn)定，在生產(chǎn)上有很大的應(yīng)用潛質(zhì)。本研究利用油菜hau CMS不育系、保持系以及測恢F1可育植株等，通過細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)和基因組學(xué)等研究方法，對油菜hau CMS的線粒體基因組序列信息以及導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)雄性不育的原因進(jìn)行初步解析，本研究的主要結(jié)果如下:
　　1.通過細(xì)胞學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，ha

3、u CMS不育系敗育時期發(fā)生在孢原細(xì)胞分化時期，雄蕊敗育徹底，沒有花粉囊的出現(xiàn)。hau CMS不育系雄蕊中的線粒體空泡化，細(xì)胞腫脹，發(fā)育后期細(xì)胞被中央大液泡填充，細(xì)胞凋亡，最終導(dǎo)致雄蕊敗育。
　　2.利用二代測序技術(shù)，完成hau CMS不育系和保持系的線粒體基因組測序。通過比較分析發(fā)現(xiàn):同保持系相比，hau CMS不育系的線粒體基因組發(fā)生了大量的重組，hau CMS細(xì)胞質(zhì)屬于異源胞質(zhì)。
　　3.通過對hau CMS不育系和保

4、持系的線粒體基因組序列對比，找出不育系和保持系特異的開放閱讀框，利用這些未知功能的ORFs，進(jìn)一步開發(fā)出不育系和保持系特異的SCAR標(biāo)記，用來區(qū)分不育系和保持系;通過對hau CMS不育系和保持系的線粒體基因組的研究進(jìn)一步證明植物線粒體基因組亞計量效應(yīng)的存在;通過對種子植物中已經(jīng)測序完成的線粒體基因組進(jìn)行序列對比，發(fā)現(xiàn)蕓薹屬中黑芥和埃塞俄比亞芥菜的線粒體基因組跟白菜，甘藍(lán)，甘藍(lán)型油菜，芥菜型油菜的線粒體基因組不能夠聚到一起。從線粒體基因

5、組的角度進(jìn)一步證明在禹氏三角中B基因組的遺傳距離距A、C基因組遠(yuǎn)。
　　4.通過對甘藍(lán)型油菜中6種不同胞質(zhì)的線粒體基因組進(jìn)行序列對比，總共得到90條不同胞質(zhì)類型特異的序列(MSSs)。利用這些不同胞質(zhì)類型特異的線粒體序列，成功開發(fā)了12對不同胞質(zhì)類型特異的SCAR標(biāo)記，這些標(biāo)記可以成功的將這6種不同的胞質(zhì)區(qū)分開來;利用本研究開發(fā)的MSS標(biāo)記，對全國各個育種單位的570份甘藍(lán)型油菜的胞質(zhì)類型進(jìn)行鑒定，最終鑒定出了其中533份甘藍(lán)型油

6、菜的胞質(zhì)類型。在甘藍(lán)型油菜生產(chǎn)上目前應(yīng)用的比較廣的是nap胞質(zhì)和pol CMS胞質(zhì)類型。還有37份甘藍(lán)型油菜的胞質(zhì)類型沒有被鑒定，它們可能是一些未被鑒定的胞質(zhì)類型，對這些胞質(zhì)類型的鑒定還有待進(jìn)一步研究。
　　5.通過Northern blot和qPCR技術(shù)對hau CMS不育系中特異的ORF進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)orf288在不育和恢復(fù)材料中轉(zhuǎn)錄本發(fā)生了很大的改變。另外兩個不育胞質(zhì)特異的ORFs:orf325和orf220的轉(zhuǎn)錄本沒有發(fā)生

7、明顯的改變。不育基因orf288對大腸桿菌的生長有抑制作用（毒蛋白），通過對orf288進(jìn)行不同長度的截短，發(fā)現(xiàn)orf288的毒性區(qū)域主要集中在它的三個跨膜結(jié)構(gòu)域。通過構(gòu)建表達(dá)載體，轉(zhuǎn)擬南芥和芥菜型油菜都證明orf288為hau CMS的不育基因，導(dǎo)致不育的核心區(qū)段主要在該蛋白的C端，而不在N端的跨膜結(jié)構(gòu)區(qū)域，表明育性可能與毒性無關(guān)。orf325與hau CMS的育性無關(guān);orf220與hau CMS育性的關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。