水稻半不育突變體W207-2的育性分析及花粉半不育基因的精細定位.pdf

1、突變體是研究基因表達與功能分析的良好試驗材料，也是當前功能基因組學研究的發(fā)展方向。雄性不育突變體在植物的育種、遺傳學、生殖生物學和分子生物學的研究中提供了很好的材料。為了更好地理解花粉發(fā)育的分子機制，需要識別和分離涉及此過程各個階段的所有基因，并對其特性進行分析。 有關水稻半不育的報道多以秈粳雜種半不育為主，并提出了很多假說，但半不育的分子機制仍不清楚。究其原因，這種半不育是由秈粳間互作引起的，遺傳基礎較為復雜，不同的組合可能具

2、有不同的不育位點，研究起來較為困難，若能用穩(wěn)定的半不育材料進行研究，闡明半不育產(chǎn)生的分子機制，對克服生產(chǎn)中遇到的半不育問題具有重要的借鑒意義。為此，本研究對穩(wěn)定的半不育突變體材料W207-2進行了半不育機制的研究和花粉半不育基因的精細定位，所得結果為從分子水平上揭示水稻及其它禾本科作物半不育性的生物學基礎具有重要的指導意義。 本論文主要研究結論如下： 1．用突變體材料W207-2分別與粳稻品種Nipponbare和廣親和

3、品種Dular(秈稻)進行正反交分析表明：W207-2的半不育性受隱性核基因控制，不受細胞質效應的影響。在雙目解剖鏡下觀察到W207-2的花藥瘦癟且開裂性差，而Nipponbare的花藥飽滿且開裂性好。由于花藥開裂性差，造成花粉散出量減少，在熒光顯微鏡下觀察到散落在柱頭上的花粉粒和萌發(fā)的花粉?？倲?shù)減少，繼而導致小穗育性降低；花粉的半不育性可能是造成花藥開裂性差的原因之一。 2．通過對W207-2/Nipponbare的F2群體分

4、析表明，半不育性受生育期影響較小，花粉育性與小穗育性呈極顯著正相關(r=0.9119)；對W207-2/Nipponbare的F<,2>群體中291個單株和W207-2/W207-2/Nipponbare群體中137個單株的遺傳分析表日月，W207-2的半不育性受1對隱性核基因控制；分別用W207-2和Nipponbare的花粉給W207-2及不育系六鹽189A、丙8979A和9522A進行輔助授粉，驗證了W207-2的半不育性主要表現(xiàn)

5、為花粉半不育，雌配子育性正常。 3．通過石蠟切片對Nipponbare和W207-2的小孢子發(fā)育過程進行觀察，發(fā)現(xiàn)W207-2的花藥在造孢細胞和花粉母細胞時期，藥室中有染色極深的“染色質黑塊”，造成花粉母細胞減數(shù)分裂異常而導致小孢子部分敗育；W207-2的絨氈層延遲解體是其小孢子部分敗育的另一原因。此外，W207-2的藥隔微管束發(fā)育不良及藥室發(fā)育異常也可能是其半不育性的一個原因。用整體染色-透明法觀察Nipponbare和W20

6、7-2的胚囊育性，發(fā)現(xiàn)其育性正常。W207-2的半不育性主要是由其雄配子發(fā)育不良造成。 4．利用間接酶聯(lián)免疫(EuSA)檢測技術，測定了水稻半不育突變體W207-2及其野生型Nipponbare在幼穗發(fā)育過程中葉片、幼穗和花藥中內源IAA，GA<,4>，iPA，ZR和ABA含量的動態(tài)變化。結果表明：在W207-2的葉片，小穗和花藥中IAA，GA<,4>和iPA的含量均低于Nipponbare，且LAA+GA<,4>+iPA與A

7、BA+ZR之比值也始終低于Nipponbare，而ZR和ABA的含量則高于Nipponbare提示W(wǎng)207-2葉片，幼穗和花藥中LAA，GA<,4>，iPA，ZR和ABA含量出現(xiàn)了異常，且LAA，GA<,4>和iPA虧缺以及ZR和ABA盈積可能與半不育發(fā)生有關。 5．選擇花粉育性作為育性指標，隨機選擇W207-2/Dular F<,2>分離群體中的20株半不育單株及20株可育單株，分別將各株的葉片等量混合后提取DNA，構成半不育

8、混合基因組池和可育混合基因組池。對兩混合基因組池進行全基因組SSR分析，分別在第5、7和8染色體上檢測到有多態(tài)的標記。隨后用W207-2/Dular F<,2>群體中的182個單株構建了第5、7、8染色體的分子連鎖遺傳圖譜，并進行了QTLs檢測，在第8染色體上標記RS41和RM6356之間檢測到1個花粉半不育位點，命名為pssl，其LOD值為4813，貢獻率為70.5％。 6.以W207-2與Nipponbare雜交F2群體中2

9、91個單株對花粉半不育基因進行定位，確定了原始花粉半不育基因突變位點為位于第8染色體上的pssl，即由正常品種Nipponbare變?yōu)榛ǚ郯氩挥齏207-2是pssl位點上基因突變的結果。進一步用9600株W207-2／Dular F2分離群體中2100株純合隱性半m-g+4~將該半不育基因pssl精細定位于CAPs標記L2和dCAPs標記L3之間，距兩標記的距離均為0.02cM。兩標記位于同一PAC克隆P0470F10上，物理距離約為