陸地棉隱性核不育系1355A敗育機制轉(zhuǎn)錄組學與蛋白質(zhì)組學研究.pdf

1、棉花是重要的經(jīng)濟作物之一，如何更加有效地提高棉花產(chǎn)量與品質(zhì)是棉花育種家關注的一個重要問題。而尋找更高效的棉花雜種優(yōu)勢利用途徑是解決該問題的一種重要手段。目前，棉花雜交種制備的主要途徑是利用細胞核雄性不育系制種和人工去雄制種。細胞核雄性不育系具有恢復源廣泛、無胞質(zhì)負效應影響和不育性穩(wěn)定的特點，同時由于人工去雄制種成本的提高也使利用細胞核雄性不育系制種更具有發(fā)展?jié)摿?。因此，對細胞核雄性不育的敗育機制進行研究具有重要的意義。陸地棉1355A是

2、隱性單基因控制的細胞核雄性不育系，不育性相對穩(wěn)定且不育表型明顯，是研究棉花雄性敗育機制的良好材料。為闡釋1355A的雄性敗育機理，本研究通過RNA-seq與蛋白雙向電泳技術詳細地分析不育系1355A和可育系1355B花藥中的基因轉(zhuǎn)錄水平與蛋白水平的差異，揭示了1355A不育基因?qū)ㄋ庌D(zhuǎn)錄水平與蛋白水平的影響。同時，利用細胞學與分子生物學方法，初步論述了1355A的敗育表型與雄性不育機理。主要研究結(jié)果如下:
　　1.將可育系1355

3、B花藥發(fā)育時期劃分成14個時期
　　通過分析石蠟切片結(jié)果，將陸地棉可育系1355B花藥的整個發(fā)育過程劃分成為14個不同的發(fā)育時期。同時，確定了各個花藥發(fā)育時期所對應的花蕾長度（蜜腺到花蕾頂部的長度）。即花藥發(fā)育時期從stage1到stage14各個時期所對應的花蕾長度（或時期劃分標準）為0.5-1 mm、1-2 mm、2-3 mm、3-4 mm、4-5 mm、5-6 mm、6-7 mm、7-8 mm、8-9 mm、9-14 mm、

4、14-24mm、＞24mm但未開花、花藥開裂（開花當天上午的花藥）、花藥衰老（開花當天下午的花藥）。與擬南芥的花藥發(fā)育相比，棉花花藥發(fā)育過程中絨氈層細胞降解的起始時期更早。
　　2.陸地棉1355A花粉壁缺陷
　　不育系1355A與可育系1355B花藥的石蠟切片比較結(jié)果表明，1355A敗育的時期是stage8，且1355A花粉表現(xiàn)為花粉壁上沒有刺突（與掃描電鏡結(jié)果相一致）。同時，在花藥發(fā)育后期小孢子的細胞質(zhì)降解，藥室中只殘留

5、缺陷的花粉壁成分。透射電鏡分析表明，1355A花粉壁缺陷表現(xiàn)為花粉外壁內(nèi)層加厚與花粉內(nèi)壁層缺失。結(jié)合以上的研究結(jié)果表明，1355A敗育表型主要有花粉外壁內(nèi)層加厚、花粉內(nèi)壁層缺失、花粉壁上沒有刺突與后期小孢子細胞質(zhì)降解。目前，認為1355A是由于在stage8時期花粉外壁內(nèi)層異常加厚，導致了后續(xù)敗育表型的出現(xiàn)，并最終導致1355A花粉的敗育。
　　3.RNA-seq分析
　　對RNA-seq數(shù)據(jù)進行生物信息學分析，在三個花藥發(fā)

6、育時期總共得到了2446個差異表達基因。在這些差異表達基因中，發(fā)現(xiàn)許多差異表達基因與花藥發(fā)育相關，包括脂肪酸合成與代謝，糖代謝和類苯基丙烷途徑的相關基因。蘇丹黑B對脂質(zhì)染色的結(jié)果也表明，不育系1355A與可育系1355B花藥中的脂質(zhì)沉積存在著差異，并且這種差異主要集中在花粉壁上。
　　4.蛋白雙向電泳分析
　　利用蛋白雙向電泳，在stage7與stage8中共發(fā)現(xiàn)了47個差異表達蛋白點。這些差異表達蛋白點主要參與糖代謝與脂代

7、謝等代謝途徑。該結(jié)果與RNA-seq結(jié)果相吻合。
　　5.陸地棉1355A隱性核不育分子機理探討
　　利用qRT-PCR分析棉花中與擬南芥花粉壁發(fā)育相關基因的同源基因的表達模式發(fā)現(xiàn)，花粉外壁外層形成相關基因MS188和花粉外壁內(nèi)層形成相關基因TEK，在1355A花藥的stage7時期，相比于1355B花藥的表達上調(diào)。同時，孢粉素合成相關基因包括CYP704B1，ACOS5和MS2的表達也上調(diào)。因此，認為在1355A的花藥發(fā)育