太谷核不育小麥Ms2基因的圖位克隆和功能解析.pdf

1、植物雄性不育是一種重要的性狀，廣泛用于雜交育種。太谷核不育小麥Ms2基因，屬于顯性核雄性不育基因，已用于上百個小麥品種或品系的培育，加快了我國小麥育種進程。本研究利用圖位克隆技術(shù)分離到Ms2基因，通過反向遺傳學手段驗證了該基因的功能，并采用遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)證明 Ms2基因可以引起小麥、大麥和短柄草的雄性不育。MS2基因只在部分小麥亞族物種出現(xiàn)，顯性Ms2基因在太谷反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（Taigu）的驅(qū)動下表達，其表達呈現(xiàn)花藥特異性。Ms2基因的克隆

2、對小麥輪回選擇或雜交制種具有重要意義。本研究的主要結(jié)果如下：
　　1.太谷核不育小麥雄性不育表型：我們統(tǒng)稱攜帶顯性Ms2基因的小麥為太谷核不育小麥。與可育小麥相比，太谷核不育小麥的花藥瘦小，小孢子發(fā)育異常，造成無花粉型雄性不育。太谷核不育小麥雄性組織發(fā)育的異常表現(xiàn)在中層細胞的提前降解、花粉母細胞的原生質(zhì)化、二分體分離受阻和單核花粉粒的急劇退化等。
　　2.太谷核不育Ms2基因的精細定位：本研究利用4個BC1F1群體（PopA

3、、PopD、PopE和PopF）進行Ms2基因的精細定位。利用3,487個PopD單株，將Ms2基因定位在Xsdauw20和Xsdauw32之間，約0.6cM的區(qū)間。同時利用3,954個PopA單株，將Ms2基因進一步定位在Xsdauw27和Xsdauw29之間，約0.05cM的距離，標志著Ms2區(qū)域精細遺傳圖譜的成功繪制。
　　3.太谷核不育Ms2基因的物理圖譜和候選基因：本研究構(gòu)建了‘矮敗魯麥15’的細菌人工染色體文庫（bac

4、terial artificial chromosome, BAC），利用Ms2基因的5個連鎖標記對該文庫進行篩選并獲得了Ms2區(qū)域的12個BAC克隆。對部分BAC克隆進行測序和拼接，成功繪制了Ms2基因區(qū)域的物理圖譜。在Xsdauw24和Xsdauw32區(qū)間，共預測到8個候選基因，其中 PG5P1593S的表達和太谷核不育性狀相關(guān)聯(lián)，可能代表 Ms2基因。
　　4. PG5P1593S代表太谷核不育Ms2基因：利用TILLING

5、（targeting induced local lesions in genomes）檢測，發(fā)現(xiàn)PG5P1593S基因的突變引起太谷核不育性狀的喪失、雄性可育，基因突變和育性恢復呈現(xiàn)穩(wěn)定遺傳。利用遺傳轉(zhuǎn)化互補實驗，進一步確認 PG5P1593S基因的表達可以引起普通小麥、大麥和短柄草的雄性不育。現(xiàn)有證據(jù)顯示 PG5P1593S就是太谷核不育Ms2基因。
　　5. Ms2基因呈現(xiàn)特異的時空表達模式：自然群體中，Ms2基因只在太谷核

6、不育小麥中表達，并且只在減數(shù)分裂前后（S2時期）的花藥組織表達。組織原位雜交證明， Ms2基因在花藥中層、絨氈層和小孢子母細胞中特異表達。該基因的特異表達可能與MS2啟動子區(qū)域的Taigu反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子有直接關(guān)系。亞細胞定位技術(shù)顯示，GFP:Ms2融合蛋白可能定位于細胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。
　　6. MS2是麥族植株特異進化的產(chǎn)物：MS2或其同源基因只在粗山羊草（Aegilops tauschii）、烏拉爾圖小麥（Triticum urar

7、tu）以及普通小麥（Triticum aestivum）等麥族物種中存在。通過比較575份小麥族材料，鑒定到MS2基因的18種單倍型（Haplotype），顯性Ms2基因?qū)獑伪缎虯2，是在單倍型A1的基礎(chǔ)上由Taigu轉(zhuǎn)座子插入形成的。Ms2基因的單倍型A1在普通小麥形成之前就已經(jīng)存在，在普通小麥和粗山羊草中分別獨立遺傳。
　　7. MS2蛋白可能作用于植物蛋白翻譯系統(tǒng)：轉(zhuǎn)錄組分析和酵母雙雜交實驗說明MS2蛋白很可能作用于植物蛋