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文檔簡(jiǎn)介
1、棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物之一,如何更加有效地提高棉花產(chǎn)量與品質(zhì)是棉花育種家關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題。而尋找更高效的棉花雜種優(yōu)勢(shì)利用途徑是解決該問(wèn)題的一種重要手段。目前,棉花雜交種制備的主要途徑是利用細(xì)胞核雄性不育系制種和人工去雄制種。細(xì)胞核雄性不育系具有恢復(fù)源廣泛、無(wú)胞質(zhì)負(fù)效應(yīng)影響和不育性穩(wěn)定的特點(diǎn),同時(shí)由于人工去雄制種成本的提高也使利用細(xì)胞核雄性不育系制種更具有發(fā)展?jié)摿?。因此,?duì)細(xì)胞核雄性不育的敗育機(jī)制進(jìn)行研究具有重要的意義。陸地棉1355A是
2、隱性單基因控制的細(xì)胞核雄性不育系,不育性相對(duì)穩(wěn)定且不育表型明顯,是研究棉花雄性敗育機(jī)制的良好材料。為闡釋1355A的雄性敗育機(jī)理,本研究通過(guò)RNA-seq與蛋白雙向電泳技術(shù)詳細(xì)地分析不育系1355A和可育系1355B花藥中的基因轉(zhuǎn)錄水平與蛋白水平的差異,揭示了1355A不育基因?qū)ㄋ庌D(zhuǎn)錄水平與蛋白水平的影響。同時(shí),利用細(xì)胞學(xué)與分子生物學(xué)方法,初步論述了1355A的敗育表型與雄性不育機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:
1.將可育系1355
3、B花藥發(fā)育時(shí)期劃分成14個(gè)時(shí)期
通過(guò)分析石蠟切片結(jié)果,將陸地棉可育系1355B花藥的整個(gè)發(fā)育過(guò)程劃分成為14個(gè)不同的發(fā)育時(shí)期。同時(shí),確定了各個(gè)花藥發(fā)育時(shí)期所對(duì)應(yīng)的花蕾長(zhǎng)度(蜜腺到花蕾頂部的長(zhǎng)度)。即花藥發(fā)育時(shí)期從stage1到stage14各個(gè)時(shí)期所對(duì)應(yīng)的花蕾長(zhǎng)度(或時(shí)期劃分標(biāo)準(zhǔn))為0.5-1 mm、1-2 mm、2-3 mm、3-4 mm、4-5 mm、5-6 mm、6-7 mm、7-8 mm、8-9 mm、9-14 mm、
4、14-24mm、>24mm但未開花、花藥開裂(開花當(dāng)天上午的花藥)、花藥衰老(開花當(dāng)天下午的花藥)。與擬南芥的花藥發(fā)育相比,棉花花藥發(fā)育過(guò)程中絨氈層細(xì)胞降解的起始時(shí)期更早。
2.陸地棉1355A花粉壁缺陷
不育系1355A與可育系1355B花藥的石蠟切片比較結(jié)果表明,1355A敗育的時(shí)期是stage8,且1355A花粉表現(xiàn)為花粉壁上沒有刺突(與掃描電鏡結(jié)果相一致)。同時(shí),在花藥發(fā)育后期小孢子的細(xì)胞質(zhì)降解,藥室中只殘留
5、缺陷的花粉壁成分。透射電鏡分析表明,1355A花粉壁缺陷表現(xiàn)為花粉外壁內(nèi)層加厚與花粉內(nèi)壁層缺失。結(jié)合以上的研究結(jié)果表明,1355A敗育表型主要有花粉外壁內(nèi)層加厚、花粉內(nèi)壁層缺失、花粉壁上沒有刺突與后期小孢子細(xì)胞質(zhì)降解。目前,認(rèn)為1355A是由于在stage8時(shí)期花粉外壁內(nèi)層異常加厚,導(dǎo)致了后續(xù)敗育表型的出現(xiàn),并最終導(dǎo)致1355A花粉的敗育。
3.RNA-seq分析
對(duì)RNA-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行生物信息學(xué)分析,在三個(gè)花藥發(fā)
6、育時(shí)期總共得到了2446個(gè)差異表達(dá)基因。在這些差異表達(dá)基因中,發(fā)現(xiàn)許多差異表達(dá)基因與花藥發(fā)育相關(guān),包括脂肪酸合成與代謝,糖代謝和類苯基丙烷途徑的相關(guān)基因。蘇丹黑B對(duì)脂質(zhì)染色的結(jié)果也表明,不育系1355A與可育系1355B花藥中的脂質(zhì)沉積存在著差異,并且這種差異主要集中在花粉壁上。
4.蛋白雙向電泳分析
利用蛋白雙向電泳,在stage7與stage8中共發(fā)現(xiàn)了47個(gè)差異表達(dá)蛋白點(diǎn)。這些差異表達(dá)蛋白點(diǎn)主要參與糖代謝與脂代
7、謝等代謝途徑。該結(jié)果與RNA-seq結(jié)果相吻合。
5.陸地棉1355A隱性核不育分子機(jī)理探討
利用qRT-PCR分析棉花中與擬南芥花粉壁發(fā)育相關(guān)基因的同源基因的表達(dá)模式發(fā)現(xiàn),花粉外壁外層形成相關(guān)基因MS188和花粉外壁內(nèi)層形成相關(guān)基因TEK,在1355A花藥的stage7時(shí)期,相比于1355B花藥的表達(dá)上調(diào)。同時(shí),孢粉素合成相關(guān)基因包括CYP704B1,ACOS5和MS2的表達(dá)也上調(diào)。因此,認(rèn)為在1355A的花藥發(fā)育
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