細(xì)胞質(zhì)雄性不育辣椒花粉敗育的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究.pdf

1、辣椒是一種非常重要的蔬菜作物，利用辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育是進(jìn)行其品種改良的重要方式之一。辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系8214A具有高配合力、100％不育和優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性狀等特性而被廣泛用于辣椒雜交制種，然而，其雄性不育機(jī)理尚不十分清楚。本研究對(duì)辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系8214A及其相應(yīng)的保持系8214B的花藥發(fā)育的差異進(jìn)行了細(xì)胞學(xué)比較研究，組織切片光學(xué)顯微鏡觀察顯示，細(xì)胞質(zhì)雄性不育系8214A在減數(shù)分裂結(jié)束后完全敗育。為了進(jìn)一步闡明花粉敗育的時(shí)期和原因，

2、使用透射電子顯微鏡研究保持系和CMS系的花藥中小孢子發(fā)生和絨氈層發(fā)育的差異。結(jié)果表明，與可育的保持系8214B比較，細(xì)胞質(zhì)雄性不育系8214A的小孢子母細(xì)胞在減數(shù)分裂Ⅰ前期最早出現(xiàn)染色質(zhì)穿壁異常并形成微核，與此同時(shí)，花藥壁絨氈層細(xì)胞發(fā)生空泡化。隨后，小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂不同步，在同一藥室內(nèi)出現(xiàn)不同發(fā)育時(shí)期的花粉母細(xì)胞，甚至小部分小孢子母細(xì)胞提前退化，呈現(xiàn)出典型的PCD細(xì)胞學(xué)特征，如染色質(zhì)凝集固縮，細(xì)胞質(zhì)收縮，細(xì)胞器空泡化等，大部分小孢子

3、母細(xì)胞能完成減數(shù)分裂，形成異常的非四面體形的四分體，四分體小孢子大小不均一細(xì)胞核分配不均?；ㄋ幈诘慕q氈層細(xì)胞在減數(shù)分裂Ⅰ前期后發(fā)生未成熟PCD反應(yīng)。最終，異常四分體和絨氈層細(xì)胞均在原位降解退化，異常四分體不能繼續(xù)發(fā)育形成有功能的花粉。因此，辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系8214A花粉敗育是以小孢子母細(xì)胞自身PCD的形式進(jìn)行的，絨氈層細(xì)胞未成熟PCD與花粉敗育密切相關(guān)。顯然，辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系8214A花粉敗育的方式不同于大多數(shù)由于絨氈層細(xì)胞異常

4、引起的細(xì)胞質(zhì)雄性不育。為了進(jìn)一步揭示辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系8214A花粉敗育的基本的分子機(jī)制，采用高通量測(cè)序技術(shù)Illumina HiSeqTM PE150對(duì)細(xì)胞質(zhì)雄性不育系8214A及其相應(yīng)的保持系8214B花藥減數(shù)分裂過(guò)程中的基因表達(dá)進(jìn)行比較轉(zhuǎn)錄學(xué)分析，結(jié)果表明，在8214A和8214B的花藥中分別得到clean reads162107002和151227618，并預(yù)測(cè)新轉(zhuǎn)錄本6165個(gè);以8214A相比8214B基因|log2S/F

5、|≥0.6和Pval＜0.05作為決定基因顯著差異表達(dá)的域值，共獲得1355個(gè)差異表達(dá)基因，包括顯著上調(diào)基因424個(gè)和顯著下調(diào)基因931個(gè)(8214A vs8214B，SvsF);隨機(jī)挑選20個(gè)差異基因（11個(gè)下調(diào)基因和9個(gè)上調(diào)基因），用qRT-PCR方法驗(yàn)證了，這些基因的表達(dá)量與轉(zhuǎn)錄組結(jié)果有相同趨勢(shì)，且RNA-seq與qRT-PCR數(shù)據(jù)呈明顯的正相關(guān)(R2=0.9587)，因此轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)是高度可靠的;差異表達(dá)基因的GO富集分析顯示，細(xì)