油菜hau CMS線粒體基因組和不育基因的研究.pdf

1、細胞質(zhì)雄性不育(CMS)是油菜雜種優(yōu)勢利用的重要途徑之一，同時也是研究核質(zhì)互作的重要實驗材料。因此CMS系統(tǒng)深受育種學家和生物學家的廣泛關注。目前，在油菜生產(chǎn)中目前應用的CMS系統(tǒng)有:pol CMS、ogu CMS等。同時，在蕓薹屬中還有很多正在研究的細胞質(zhì)雄性不育類型，包括nap胞質(zhì)、Tour CMS、Moricandia arvensis CMS、Nsa CMS、NCa CMS、hau CMS、菘油CMS(inap CMS)等。

2、r>　　細胞質(zhì)雄性不育主要是由于細胞質(zhì)中的線粒體基因?qū)е碌男坌圆挥?，但是目前在油菜中線粒體基因如何導致雄蕊的敗育還不十分清楚。油菜hau CMS不育性徹底、穩(wěn)定，在生產(chǎn)上有很大的應用潛質(zhì)。本研究利用油菜hau CMS不育系、保持系以及測恢F1可育植株等，通過細胞學、遺傳學和基因組學等研究方法，對油菜hau CMS的線粒體基因組序列信息以及導致細胞質(zhì)雄性不育的原因進行初步解析，本研究的主要結(jié)果如下:
　　1.通過細胞學研究發(fā)現(xiàn)，ha

3、u CMS不育系敗育時期發(fā)生在孢原細胞分化時期，雄蕊敗育徹底，沒有花粉囊的出現(xiàn)。hau CMS不育系雄蕊中的線粒體空泡化，細胞腫脹，發(fā)育后期細胞被中央大液泡填充，細胞凋亡，最終導致雄蕊敗育。
　　2.利用二代測序技術(shù)，完成hau CMS不育系和保持系的線粒體基因組測序。通過比較分析發(fā)現(xiàn):同保持系相比，hau CMS不育系的線粒體基因組發(fā)生了大量的重組，hau CMS細胞質(zhì)屬于異源胞質(zhì)。
　　3.通過對hau CMS不育系和保

4、持系的線粒體基因組序列對比，找出不育系和保持系特異的開放閱讀框，利用這些未知功能的ORFs，進一步開發(fā)出不育系和保持系特異的SCAR標記，用來區(qū)分不育系和保持系;通過對hau CMS不育系和保持系的線粒體基因組的研究進一步證明植物線粒體基因組亞計量效應的存在;通過對種子植物中已經(jīng)測序完成的線粒體基因組進行序列對比，發(fā)現(xiàn)蕓薹屬中黑芥和埃塞俄比亞芥菜的線粒體基因組跟白菜，甘藍，甘藍型油菜，芥菜型油菜的線粒體基因組不能夠聚到一起。從線粒體基因

5、組的角度進一步證明在禹氏三角中B基因組的遺傳距離距A、C基因組遠。
　　4.通過對甘藍型油菜中6種不同胞質(zhì)的線粒體基因組進行序列對比，總共得到90條不同胞質(zhì)類型特異的序列(MSSs)。利用這些不同胞質(zhì)類型特異的線粒體序列，成功開發(fā)了12對不同胞質(zhì)類型特異的SCAR標記，這些標記可以成功的將這6種不同的胞質(zhì)區(qū)分開來;利用本研究開發(fā)的MSS標記，對全國各個育種單位的570份甘藍型油菜的胞質(zhì)類型進行鑒定，最終鑒定出了其中533份甘藍型油

6、菜的胞質(zhì)類型。在甘藍型油菜生產(chǎn)上目前應用的比較廣的是nap胞質(zhì)和pol CMS胞質(zhì)類型。還有37份甘藍型油菜的胞質(zhì)類型沒有被鑒定，它們可能是一些未被鑒定的胞質(zhì)類型，對這些胞質(zhì)類型的鑒定還有待進一步研究。
　　5.通過Northern blot和qPCR技術(shù)對hau CMS不育系中特異的ORF進行研究，發(fā)現(xiàn)orf288在不育和恢復材料中轉(zhuǎn)錄本發(fā)生了很大的改變。另外兩個不育胞質(zhì)特異的ORFs:orf325和orf220的轉(zhuǎn)錄本沒有發(fā)生

7、明顯的改變。不育基因orf288對大腸桿菌的生長有抑制作用（毒蛋白），通過對orf288進行不同長度的截短，發(fā)現(xiàn)orf288的毒性區(qū)域主要集中在它的三個跨膜結(jié)構(gòu)域。通過構(gòu)建表達載體，轉(zhuǎn)擬南芥和芥菜型油菜都證明orf288為hau CMS的不育基因，導致不育的核心區(qū)段主要在該蛋白的C端，而不在N端的跨膜結(jié)構(gòu)區(qū)域，表明育性可能與毒性無關。orf325與hau CMS的育性無關;orf220與hau CMS育性的關系還有待進一步研究。