玉米ms2雄性不育突變體的表型分析與基因定位.pdf

1、玉米是我國(guó)最重要的糧食作物之一，其產(chǎn)量的提高主要依賴于雜種優(yōu)勢(shì)的利用。雄性不育是一種研究作物雜種優(yōu)勢(shì)利用的重要農(nóng)藝學(xué)性狀，玉米雄性不育基因的克隆不僅有助于解析玉米花藥發(fā)育的分子機(jī)理，同時(shí)也為玉米雜交種的生產(chǎn)提供理論支撐。本研究主要以玉米ms2雄性不育突變體為研究材料，分析了玉米ms2突變體的敗育時(shí)期及表型特征。對(duì)不同發(fā)育階段的花藥進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，分析突變體花藥在發(fā)育過(guò)程中的轉(zhuǎn)錄組變化。構(gòu)建遺傳分離群體，對(duì)候選基因進(jìn)行精細(xì)定位。主要研究結(jié)

2、果如下：
　　1、表型觀察發(fā)現(xiàn)ms2突變體花藥發(fā)育異常，到花藥發(fā)育后期，花藥干癟皺縮不能正常散粉，表現(xiàn)為完全的雄性不育。對(duì)突變體花藥發(fā)育過(guò)程進(jìn)行了細(xì)胞學(xué)觀察，發(fā)現(xiàn)ms2突變體花藥小孢子敗育起始于幼齡小孢子期，當(dāng)花藥發(fā)育至單核小孢子晚期時(shí)小孢子幾乎全部降解，降解碎片殘留在藥室中。小孢子從四分體中釋放后，初生壁上沒(méi)有孢粉素前體物質(zhì)沉積，花粉外壁不能正常發(fā)育。當(dāng)花藥發(fā)育到單核小孢子晚期時(shí)，突變體花藥絨氈層降解異常，分布在絨氈層上的前烏氏

3、體被破壞，不能形成正常的烏氏體結(jié)構(gòu)。另外，在花藥發(fā)育的近成熟花粉期，花藥外壁發(fā)育異常，表皮上沒(méi)有蠟質(zhì)和角質(zhì)單體積累。根據(jù)以上觀察結(jié)果推測(cè) MS2基因突變可能影響花藥絨氈層發(fā)育，使其分泌和運(yùn)輸孢粉素以及脂類物質(zhì)的功能受到阻礙，從而導(dǎo)致花粉壁和花藥外壁無(wú)法正常發(fā)育。
　　2、玉米花藥發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，許多基因參與調(diào)控這一過(guò)程。本研究對(duì)野生型和 ms2突變體花藥發(fā)育的1.5mm，2.5mm和3.5mm時(shí)期進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析。基因差異表

4、達(dá)分析結(jié)果顯示，從花藥發(fā)育的1.5mm階段到3.5mm階段，差異表達(dá)基因的數(shù)目逐漸增多且在3.5mm階段大部分差異表達(dá)基因是下調(diào)表達(dá)的。Mapman富集分析結(jié)果表明，在花藥發(fā)育的2.5mm和3.5mm階段，差異表達(dá)基因主要在脂類代謝、細(xì)胞壁代謝、次級(jí)代謝和光反應(yīng)代謝等過(guò)程中富集。
　　3、前人將MS2基因定位在玉米9號(hào)染色體長(zhǎng)臂上分子標(biāo)記TIDP8796和IDP523之間約400kb的范圍內(nèi)，但是至今仍然沒(méi)有被克隆。本研究利用玉米

5、自交系B73和PH4CV分別與突變體ms2構(gòu)建F2分離群體對(duì)候選區(qū)間進(jìn)行驗(yàn)證并且進(jìn)一步縮小候選區(qū)間。對(duì)ms2突變體的遺傳分析表明，該突變性狀受一對(duì)主效單基因控制且表現(xiàn)為隱性遺傳。利用 ms2×PH4CV F2分離群體中的1344個(gè)突變體單株將MS2基因定位在玉米9號(hào)染色體分子標(biāo)記InDel8和InDel10之間約6Mb的范圍內(nèi)。另外，又利用ms2×B73 F2分離群體中的576個(gè)突變體單株將MS2基因定位在玉米9號(hào)染色體分子標(biāo)記InDe