【摘要】：小麥雜種優(yōu)勢的利用對提高單產(chǎn)、品質(zhì)和適應(yīng)性有重大意義,雄性不育是雜種優(yōu)勢利用的重要途徑之一,而小麥雄性不育產(chǎn)生的機理依然沒有清晰系統(tǒng)的解釋。本研究主要探討K型小麥雄性不育系敗育與花藥亞顯微結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系以及線粒體基因組序列差異分析。為揭示K型小麥雄性不育系敗育發(fā)生時期和敗育機制,以K型小麥雄性不育系K519A和其同型保持系519B為試驗材料,采用半薄和超薄樹脂切片方法對花藥發(fā)育過程進行顯微和亞顯微結(jié)構(gòu)觀察,并對孢粉素轉(zhuǎn)運相關(guān)基因RAFTIN1和絨氈層細胞降解相關(guān)基因APs在不同生育時期的表達模式進行了分析;利用高通量測序技術(shù)和生物信息學(xué)方法,對不育系和保持系線粒體基因組進行拼接組裝和比對分析。主要試驗結(jié)果如下:1.與保持系相比,不育系花藥絨氈層在四分體時期提前降解,部分絨氈層細胞脫離中層侵入藥室內(nèi),發(fā)育至二核和三核期絨氈層細胞只剩下細胞輪廓和少量附著的烏氏體。不育系小孢子細胞壁在單核期開始增厚,是同時期保持系小孢子細胞壁厚度的2.35倍,發(fā)育至二核期小孢子細胞壁繼續(xù)增厚,但三核期不育系小孢子細胞壁比保持系小孢子細胞壁薄,僅是保持系花粉粒細胞壁厚度的0.89倍,并且三核期不育系花粉粒出現(xiàn)畸形和質(zhì)壁分離的異�，F(xiàn)象。以上結(jié)果表明,K型小麥雄性不育系K519A的敗育可能發(fā)生在四分體期和二核期。敗育原因可能是由于絨氈層細胞提前異常降解,一方面四分體時期部分絨氈層細胞侵入藥室內(nèi),侵占了小孢子正常發(fā)育的空間,導(dǎo)致部分小孢子在此時期敗育;另一方面絨氈層細胞提前降解,釋放的營養(yǎng)物質(zhì)為小孢子提供營養(yǎng),使得單核期小孢子細胞壁增厚,但發(fā)育至二核及以后時期對小孢子營養(yǎng)供應(yīng)不足,孢粉素合成減少,導(dǎo)致小孢子細胞壁較薄和花粉敗育。2.自小孢子母細胞時期至單核期,不育系中RAFTIN1和APs基因的相對表達量都顯著高于保持系,但在二核期不育系中的相對表達量顯著低于保持系。RAFTIN1和APs基因的表達模式與細胞學(xué)的觀察結(jié)果正好契合,故推測這兩個基因很可能參與了K型小麥雄性不育系K519A的不育過程。3.拼接組裝出完整的不育系和保持系線粒體基因組。不育系K519A線粒體基因組序列全長為420543 bp,AT含量55.86%,其中包含34個已知的蛋白編碼基因,23個tRNA,3個rRNA,并預(yù)測出138個長度大于300bp的ORFs;保持系519B線粒體基因組序列全長為433560 bp,AT含量55.86%,包含35個已知的蛋白編碼基因,24個tRNA,3個rRNA和預(yù)測出148個長度大于300bp的ORFs。4.對不育系和保持系基因序列比對分析發(fā)現(xiàn),除nad1、atp4、atp8以及rpl16基因外,大部分蛋白編碼基因的序列是比較保守的。共鑒定出21個SNP位點分布在10個蛋白編碼基因中,其中14個為非同義突變,7個為同義突變。不育系中含有K-atpA-like和K-ndhB-like兩個小麥葉綠體同源基因,但在不育系線粒體基因組中沒有注釋到atp6、ccmB和rps13基因,另外篩選出21個差異ORFs。綜上,K型小麥雄性不育系K519A花粉敗育可能出現(xiàn)在四分體時期和二核期,敗育機理與絨氈層活動異常有關(guān);RAFTIN1和APs基因可能參與K型不育系K519A的不育過程;不育系和保持系線粒體基因組存在較多差異,這些差異可能是導(dǎo)致K型不育系K519A敗育的關(guān)鍵因子。
【圖文】：

二核期及以后出現(xiàn)明顯差異，花藥纖細，開花期花藥干癟不開裂，不能釋放有活力的粉粒（圖 2-1 f-i）。I2-KI 染色結(jié)果表明，不育系 K519A 花粉粒敗育類型為典敗和染敗不育系部分花粉粒呈不被 I2-KI 染色的不規(guī)則形狀，大部分花粉粒呈圓形且可被染色519B 可育花粉粒幾乎全被 I2-KI 染色且染色充分呈黑棕色，只有極少數(shù)染色失�。▓D 2

但是不育系花藥絨氈層細胞之間間隙較大，且與保持系相比體積明顯較大（圖2-2 A ,F）。發(fā)育至四分體時期，保持系花藥的絨氈層細胞體積明顯增大，特別是橫向細胞間距增大，具有濃厚細胞質(zhì)。而不育花藥的絨氈層開始萎縮，部分絨氈層細胞出現(xiàn)雙核，絨氈層提前異常降解，少數(shù)降解異常的絨氈層細胞侵入藥室內(nèi)（圖 2-2 B, G）。發(fā)育進入單核期，保持系絨氈層細胞萎縮，部分邊緣模糊化，細胞整體輪廓仍正常且排列依然緊密，小孢子細胞呈圓形。而此時不育系絨氈層細胞異常肥大，細胞粘連在一起難以分清界限，，細胞邊緣模糊并逐漸解體，細胞質(zhì)染色較淺。此時期不育系小孢子細胞形狀不規(guī)則，且與保持系相比小孢子細胞壁顯著增厚（圖 2-2 C, H）。發(fā)育至二核期，絨氈層迅速降解，保持系絨氈層細胞剩余殘跡，而不育系絨氈層細胞只剩下細胞輪廓，小孢子細胞壁明顯增厚，不育系中部分小孢子染色異常（圖 2-2 D, I）。三核期保持系絨氈層細胞進一步自溶而降解，為小孢子的發(fā)育提供各種營養(yǎng)物質(zhì)，不育系花藥壁只剩表皮、花藥內(nèi)壁。小孢子形態(tài)各異，保持系中可觀察到小孢子內(nèi)存在液泡和細胞核，但是不育系acdbghifej14
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S512.1

【參考文獻】

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本文編號：2694999