水稻半不育突變體W207-2的育性分析及花粉半不育基因的精細定位.pdf

1、突變體是研究基因表達與功能分析的良好試驗材料，也是當(dāng)前功能基因組學(xué)研究的發(fā)展方向。雄性不育突變體在植物的育種、遺傳學(xué)、生殖生物學(xué)和分子生物學(xué)的研究中提供了很好的材料。為了更好地理解花粉發(fā)育的分子機制，需要識別和分離涉及此過程各個階段的所有基因，并對其特性進行分析。 有關(guān)水稻半不育的報道多以秈粳雜種半不育為主，并提出了很多假說，但半不育的分子機制仍不清楚。究其原因，這種半不育是由秈粳間互作引起的，遺傳基礎(chǔ)較為復(fù)雜，不同的組合可能具

2、有不同的不育位點，研究起來較為困難，若能用穩(wěn)定的半不育材料進行研究，闡明半不育產(chǎn)生的分子機制，對克服生產(chǎn)中遇到的半不育問題具有重要的借鑒意義。為此，本研究對穩(wěn)定的半不育突變體材料W207-2進行了半不育機制的研究和花粉半不育基因的精細定位，所得結(jié)果為從分子水平上揭示水稻及其它禾本科作物半不育性的生物學(xué)基礎(chǔ)具有重要的指導(dǎo)意義。 本論文主要研究結(jié)論如下： 1．用突變體材料W207-2分別與粳稻品種Nipponbare和廣親和

3、品種Dular(秈稻)進行正反交分析表明：W207-2的半不育性受隱性核基因控制，不受細胞質(zhì)效應(yīng)的影響。在雙目解剖鏡下觀察到W207-2的花藥瘦癟且開裂性差，而Nipponbare的花藥飽滿且開裂性好。由于花藥開裂性差，造成花粉散出量減少，在熒光顯微鏡下觀察到散落在柱頭上的花粉粒和萌發(fā)的花粉?？倲?shù)減少，繼而導(dǎo)致小穗育性降低；花粉的半不育性可能是造成花藥開裂性差的原因之一。 2．通過對W207-2/Nipponbare的F2群體分

4、析表明，半不育性受生育期影響較小，花粉育性與小穗育性呈極顯著正相關(guān)(r=0.9119)；對W207-2/Nipponbare的F<,2>群體中291個單株和W207-2/W207-2/Nipponbare群體中137個單株的遺傳分析表日月，W207-2的半不育性受1對隱性核基因控制；分別用W207-2和Nipponbare的花粉給W207-2及不育系六鹽189A、丙8979A和9522A進行輔助授粉，驗證了W207-2的半不育性主要表現(xiàn)

5、為花粉半不育，雌配子育性正常。 3．通過石蠟切片對Nipponbare和W207-2的小孢子發(fā)育過程進行觀察，發(fā)現(xiàn)W207-2的花藥在造孢細胞和花粉母細胞時期，藥室中有染色極深的“染色質(zhì)黑塊”，造成花粉母細胞減數(shù)分裂異常而導(dǎo)致小孢子部分敗育；W207-2的絨氈層延遲解體是其小孢子部分敗育的另一原因。此外，W207-2的藥隔微管束發(fā)育不良及藥室發(fā)育異常也可能是其半不育性的一個原因。用整體染色-透明法觀察Nipponbare和W20

6、7-2的胚囊育性，發(fā)現(xiàn)其育性正常。W207-2的半不育性主要是由其雄配子發(fā)育不良造成。 4．利用間接酶聯(lián)免疫(EuSA)檢測技術(shù)，測定了水稻半不育突變體W207-2及其野生型Nipponbare在幼穗發(fā)育過程中葉片、幼穗和花藥中內(nèi)源IAA，GA<,4>，iPA，ZR和ABA含量的動態(tài)變化。結(jié)果表明：在W207-2的葉片，小穗和花藥中IAA，GA<,4>和iPA的含量均低于Nipponbare，且LAA+GA<,4>+iPA與A

7、BA+ZR之比值也始終低于Nipponbare，而ZR和ABA的含量則高于Nipponbare提示W(wǎng)207-2葉片，幼穗和花藥中LAA，GA<,4>，iPA，ZR和ABA含量出現(xiàn)了異常，且LAA，GA<,4>和iPA虧缺以及ZR和ABA盈積可能與半不育發(fā)生有關(guān)。 5．選擇花粉育性作為育性指標，隨機選擇W207-2/Dular F<,2>分離群體中的20株半不育單株及20株可育單株，分別將各株的葉片等量混合后提取DNA，構(gòu)成半不育

8、混合基因組池和可育混合基因組池。對兩混合基因組池進行全基因組SSR分析，分別在第5、7和8染色體上檢測到有多態(tài)的標記。隨后用W207-2/Dular F<,2>群體中的182個單株構(gòu)建了第5、7、8染色體的分子連鎖遺傳圖譜，并進行了QTLs檢測，在第8染色體上標記RS41和RM6356之間檢測到1個花粉半不育位點，命名為pssl，其LOD值為4813，貢獻率為70.5％。 6.以W207-2與Nipponbare雜交F2群體中2

9、91個單株對花粉半不育基因進行定位，確定了原始花粉半不育基因突變位點為位于第8染色體上的pssl，即由正常品種Nipponbare變?yōu)榛ǚ郯氩挥齏207-2是pssl位點上基因突變的結(jié)果。進一步用9600株W207-2／Dular F2分離群體中2100株純合隱性半m-g+4~將該半不育基因pssl精細定位于CAPs標記L2和dCAPs標記L3之間，距兩標記的距離均為0.02cM。兩標記位于同一PAC克隆P0470F10上，物理距離約為