玉米S型細胞質(zhì)雄性不育育性恢復(fù)基因位點全基因組關(guān)聯(lián)分析研究.pdf

1、雄性不育是自然界中常見的生物學(xué)現(xiàn)象，廣泛存在于動植物中。植物雄性不育包括細胞核雄性不育和核質(zhì)互作雄性不育兩種類型。細胞核雄性不育受到核不育基因的控制，核質(zhì)互作雄性不育受到細胞質(zhì)中不育基因控制，其育性可由細胞核中的對應(yīng)的恢復(fù)基因恢復(fù)，核質(zhì)互作雄性不育的機制較為復(fù)雜。
　　玉米細胞質(zhì)雄性不育包括T(Texas)型、C(Charrua)型和S(USDA)型。S型細胞質(zhì)雄性不育(S type Cytoplasmic Male Steril

2、ity, CMS-S)在玉米三種細胞質(zhì)雄性不育中是最大的一類，屬于配子體不育，T型和C型屬于孢子體不育。根據(jù)前人報道，除已知的CMS-S主效育性恢復(fù)基因Rf3外，還存在著其他能夠使育性恢復(fù)的位點，如Rf9、RfⅢ和RfⅣ。但總體上，對S型細胞質(zhì)雄性不育育性恢復(fù)的遺傳機制缺乏詳細的了解。因此，本研究首次利用CMS-S不育系(S-Mo17rfrf)與360份自交系材料雜交構(gòu)建的測交關(guān)聯(lián)分析群體，對育性恢復(fù)能力（包括花粉育性、花藥外露和散粉）

3、在海南、武漢和黑龍江三個環(huán)境下進行了全基因組關(guān)聯(lián)分析，主要結(jié)果如下:
　　1、S-Mo17rpf花粉完全敗育，花藥完全不外露、不散粉。測交群體三個性狀均表現(xiàn)較大的變異幅度，基本上接近正態(tài)分布，屬于復(fù)雜的數(shù)量性狀。相關(guān)分析表明，花粉育性和花藥外露、散粉三個性狀間呈極顯著正相關(guān)，其中花粉育性和散粉間的相關(guān)程度更高(0.75＜r＜0.83)。通過對不同花粉育性植株的花藥進行橫切觀察發(fā)現(xiàn)，不散粉的植株的花藥沒有正常的加厚纖維層，而正常散粉

4、的植株花藥具有這一結(jié)構(gòu)。
　　2、通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，檢測到包括Rf3在內(nèi)的共19個顯著性位點與花粉育性有關(guān)(P＜1.8×10-6，α=1)，這些位點分別位于第2、3、5、8、10號染色體上。這些顯著性位點中，單個位點可以解釋5.62％～28.26％的表型變異。其中位點Rf3單獨可以解釋25.33％～28.26％的表型變異。19個顯著性位點共可以解釋60.93％的表型變異，聚合分析還發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢等位基因型的聚合可以提高花粉育性。

5、r>　　3、花藥外露的全基因組關(guān)聯(lián)分析，共檢測到了3個顯著關(guān)聯(lián)位點(P＜1.8×10-6，α=1)，分別位于第2、3、5號染色體上。其中Rf3位點也被檢測到。這些顯著性位點可以解釋8.48％～9.26％的表型變異。對散粉進行的全基因組關(guān)聯(lián)分析共檢測到了8個顯著關(guān)聯(lián)位點(P＜1.8×10-6，α=1)，這些位點分布在第2、3、9號染色體上，f3也同時被檢測到。這些顯著性位點可以解釋9.2％-15.75％的表型變異。
　　4、對與花粉

6、育性、花藥外露和散粉顯著關(guān)聯(lián)的位點上下游50kb區(qū)域進行候選基因預(yù)測共搜索到83個候選基因。根據(jù)參考基因組信息，對候選基因的功能進行分析發(fā)現(xiàn)，候選基因中包括PPR蛋白(pentatricopeptide repeat protein)、轉(zhuǎn)錄因子、RNA編輯相關(guān)因子以及與生長素和花粉花藥發(fā)育調(diào)控途徑有關(guān)。
　　通過全基因組關(guān)聯(lián)分析研究，共發(fā)掘到19、3和8個顯著位點分別與CMS-S花粉育性、花藥外露和散粉相關(guān)的位點，說明在該群體中C