四種類型甘藍雄性不育系花藥敗育特征及基因表達譜分析.pdf

1、本研究開展了以下四方面的研究工作：　　1.通過樹脂超薄切片光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡觀察結(jié)合，對黑芥胞質(zhì)不育(NiCMS)，隱性核不育(RGMS)，蘿卜胞質(zhì)不育(OguCMS)和顯性核不育(DGMS)四種甘藍雄性不育類型進行了全面系統(tǒng)的細胞學(xué)敗育特征研究； 2.通過cDNA-AFLP技術(shù)在轉(zhuǎn)錄水平上對花粉發(fā)育阻斷后所有非正常轉(zhuǎn)錄的基因與正?？捎牧系幕蜻M行比較分析，探討雄蕊發(fā)育相關(guān)基因的發(fā)育中斷網(wǎng)絡(luò)和途徑； 3.利用8張

2、擬南芥全基因組寡核苷酸芯片(Microarray)全面分析了花藥敗育過程中所有基因的全局性表達，通過生物信息學(xué)手段充分挖掘和利用模式作物擬南芥在雄蕊發(fā)育相關(guān)基因方面取得的進展，為進一步闡明育性形成的不同功能途徑調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供重要的信息和線索； 4.對目前最有應(yīng)用價值的顯性雄性不育的細胞學(xué)敗育機理和相關(guān)基因的功能及調(diào)控機理進行深入研究，為最終實現(xiàn)人工調(diào)控顯性雄性不育育性提供理論依據(jù)。 獲得的主要結(jié)論如下： 1.細胞學(xué)

3、研究明確了四種雄性不育類型的主要敗育時期和特征：A.黑芥胞質(zhì)不育主要敗育時期為造孢細胞期，主要敗育特征為絨氈層細胞分化和發(fā)育異常；B.隱性核不育主要敗育時期為花粉母細胞期，主要敗育特征為絨氈層細胞和中層細胞異；C.蘿卜胞質(zhì)不育主要敗育時期在四分體前期，敗育特征主要表現(xiàn)為從減數(shù)分裂后期開始絨氈層細胞活動異常，絨氈層細胞進行性加厚；D.顯性核不育主要敗育時期在四分體后期，主要敗育特征是小孢子不能自由釋放，但花粉壁能正常沉積孢粉素，本實驗另一

4、個重要發(fā)現(xiàn)是，顯性不育敗育的直接原因并不是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的包裹四分體的胼胝質(zhì)壁延遲降解，而是包裹整個四分體的花粉母細胞(PMC)初生壁的持續(xù)存在。 2.利用cDNA-AFLP獲得113條育性相關(guān)的TDFs，結(jié)合不同材料敗育時期特征分析認為，大部分(67.25％)雄性育性相關(guān)基因的表達具有典型的順序發(fā)育特征。提出了甘藍花藥發(fā)育相關(guān)基因的順序表達模型，初步揭示了花藥發(fā)育過程中，多數(shù)基因表現(xiàn)為以線性模型在不同時期順序表達。而E、F、G、H和

5、I等5種表達模式為不符合順序表達模式的育性相關(guān)基因，推測可能是各種孢子體組織獨立或與小孢子協(xié)調(diào)表達的旁路基因。進一步對代表不同類型的23條TDF測序表明；其中16.7％基因參與細胞壁水解酶功能。 3.芯片試驗的結(jié)果表明，這四種雄性不育類型敗育的根本原因都是由于絨氈層的異常干擾了小孢子的正常發(fā)育。對胞質(zhì)不育類型特異下調(diào)的三種重疊關(guān)系的基因功能分析發(fā)現(xiàn)，NiCMS對細胞質(zhì)內(nèi)各種細胞器相關(guān)基因的干擾要比OguCMS要高，兩種胞質(zhì)不育類

6、型線粒體功能異常對甘藍發(fā)育的影響的分子機制近似于對生理刺激或環(huán)境脅迫的應(yīng)激反應(yīng)功能的下降或喪失。同時我們篩選出89個藥壁組織中特異表達的基因(主要是絨氈層特異表達的基因)。進一步比較藥壁組織特異表達的功能基因和花粉特異表達的功能基因，發(fā)現(xiàn)藥壁組織中轉(zhuǎn)錄因子比例較高而激酶類基因比例則較低。 4.初步探討了顯性雄性不育敗育的分子機理。其大量差異表達基因是涉及到細胞壁代謝相關(guān)的基因或調(diào)控細胞壁代謝相關(guān)的基因，但直接參與胼胝質(zhì)降解(β-

7、1,3-葡聚糖酶)的下調(diào)基因并不多。表明β-1,3-葡聚糖酶基因的輕度下調(diào)可能是胼胝質(zhì)延遲降解的原因，但胼胝質(zhì)延遲降解不是(至少不是主要的)顯性不育小孢子不能分開的原因。DGMS控制一個與QRT3不同的花粉母細胞壁代謝途徑，這個途徑包含五個我們檢測到的顯著下調(diào)的多聚半乳糖酶基因。顯性雄性不育敗育的分子機理可能是：DGMS阻斷少量絨氈層特異表達的基因，從而造成花粉母細胞初生壁的持續(xù)存在，并最終引發(fā)花粉正常發(fā)育所必須的大量雄配子體內(nèi)表達的基