本文關(guān)鍵詞：棉花新型光敏不育系的育性特征及其花藥蛋白質(zhì)組學(xué)分析

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【摘要】：棉花(Gossypium hirsutum L.)是世界上最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一,培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的棉花品種是每個(gè)育種家的目標(biāo),而利用棉花的雜種優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。棉花具有很強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì),雜交棉出苗快,現(xiàn)蕾、開花較早,抗性強(qiáng),產(chǎn)量高,纖維品質(zhì)好,因此,其種植面積也逐年增長,尤其是在長江流域棉區(qū),雜交棉已成為主導(dǎo)品種。目前,我國雜交種的生產(chǎn)仍以人工去雄、授粉為主,需要投入大量的人力和物力資源,制種效率低、成本高,嚴(yán)重制約了雜交棉的推廣和應(yīng)用。因此,亟需探索一種新的雜交種生產(chǎn)體系。實(shí)踐證明,以光溫敏不育系等為母本,一系兩用,是一種高效、簡便的雜交種生產(chǎn)體系。光溫敏不育系的育性主要由光照時(shí)間和溫度調(diào)控,在不育的光溫條件下,其用作母本,配制雜交種;在可育的光溫條件下,自交繁殖不育系。這種制種體系已經(jīng)很成熟,在水稻、油菜雜種優(yōu)勢(shì)的利用中廣泛使用。陸地棉中9106,是本課題通過航天誘變育種技術(shù)而選育的新型棉花光敏不育系材料,在長日照(≥13.5 h)條件下為不育,短日照(13 h)條件下育性恢復(fù)。中9106的成功選育不僅為推進(jìn)棉花雜種優(yōu)勢(shì)利用奠定了基礎(chǔ),對(duì)棉花光敏不育機(jī)理的研究也有重要意義。本研究主要對(duì)中9106雜種優(yōu)勢(shì)利用潛能及其敗育機(jī)理進(jìn)行了深入分析,通過本研究,獲得以下結(jié)果:1.從2012-2014年,詳細(xì)觀察記錄了中9106在長日照條件下(河南,安陽)和短日照條件下(海南,三亞)的育性特征。在長日照條件下,中9106在于7月15日左右開花,不育度極高且穩(wěn)定,自交基本不能結(jié)鈴,因此,利用中9106在安陽制種是可行的,風(fēng)險(xiǎn)比較小;在短日照條件下,中9106育性恢復(fù),花粉可育率約為53%,每株平均能收到200多粒種子(每畝籽棉產(chǎn)量約為60 kg),具有較高的繁殖系數(shù)。這些結(jié)果表明,以中9106為核心材料,通過“兩系法”利用棉花的雜種優(yōu)勢(shì)是可行的。2.以中9106為母本,在安陽配制了20個(gè)雜交組合,篩選到予13號(hào)和302355兩個(gè)高產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)組合,產(chǎn)量分別超對(duì)照品種(魯28)達(dá)21%和14%;品質(zhì)方面,中425、中69和日輝棉6號(hào)組合的上半部平均長度和斷裂比強(qiáng)度均達(dá)到了30以上,品質(zhì)較好。可見,中9106在棉花雜種優(yōu)勢(shì)的利用方面具有一定的潛力,通過廣泛篩選,能夠培育出強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的雜交組合。3.為了解釋中9106敗育的生物學(xué)過程,我們通過石蠟切片詳細(xì)觀察了中9106花粉發(fā)育的各個(gè)階段,并將其劃分為三個(gè)主要時(shí)期:第一時(shí)期為減數(shù)分裂期,從花芽開始分化至四分體形成,花蕾長度≤5 mm,主要的生物學(xué)過程是小孢子母細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂形成四分體;第二時(shí)期為小孢子發(fā)育時(shí)期,從小孢子脫離四分體至小孢子成熟,5 mm≤花蕾長度≤10 mm,主要的生物學(xué)過程是絨氈層降解,小孢子發(fā)育成熟;第三時(shí)期為成熟花粉形成期,從花粉粒開始成熟至開花散粉,花蕾長度≥11 mm。石蠟切片結(jié)果表明:中9106花粉發(fā)育的過程中,第一時(shí)期是正常的,與野生型相同;敗育起始于第二時(shí)期,花粉細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)合成受阻;第三個(gè)時(shí)期,敗育已經(jīng),形成畸形花粉粒。4.為了闡明中9106敗育的分子機(jī)理,利用雙向電泳和i TRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分析鑒定了野生型中040029和中9106三個(gè)時(shí)期花藥的差異表達(dá)蛋白。雙向電泳技術(shù)鑒定到了56個(gè)差異蛋白,而利用i TRAQ技術(shù)共得到365個(gè)差異蛋白。根據(jù)差異蛋白的功能注釋,其參與花粉形成和發(fā)育的各個(gè)方面,包括能量代謝、花粉外孢壁形成、蛋白降解、花粉萌發(fā)和花粉管伸長等等,說明中9106的敗育是多種因素綜合作用的結(jié)果,是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。5.通過分析,我們初步總結(jié)了中9106敗育的模型:在四分體時(shí)期之前,中9106的發(fā)育是正常的,小孢子母細(xì)胞正常分裂,形成完整的四分體結(jié)構(gòu);四分體時(shí)期,花藥絨氈層降解異常,可能與Ca2+結(jié)合蛋白上調(diào),導(dǎo)致花藥Ca2+水平失衡有關(guān);絨氈層異常降解的直接結(jié)果是孢粉素的合成受阻,花粉外壁不能正常形成;碳水化合物及能量代謝紊亂,能量供應(yīng)不足,花粉不能積累足夠的可溶性糖類等物質(zhì);同時(shí),蛋白酶體被激活,花粉內(nèi)重要的酶類等蛋白被降解,阻止了花粉的成熟過程;PME、PMEI等花粉萌發(fā)相關(guān)的蛋白也顯著下調(diào)表達(dá),形成的花粉沒有活力,不具備萌發(fā)的能力,這些因素之間不是獨(dú)立的關(guān)系,而是相互影響,共同作用,最后導(dǎo)致了雄性不育的發(fā)生。
【關(guān)鍵詞】：棉花 雜種優(yōu)勢(shì) 光敏不育 蛋白質(zhì)組 花粉壁
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S562
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 文獻(xiàn)綜述12-34
• 1.1 作物雜種優(yōu)勢(shì)研究簡介12-16
• 1.1.1 概述12
• 1.1.2 雜種優(yōu)勢(shì)的理論基礎(chǔ)12-14
• 1.1.3 雜種優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用14-16
• 1.1.3.1 雜種優(yōu)勢(shì)利用的條件14-15
• 1.1.3.2 雜交優(yōu)勢(shì)在棉花上的應(yīng)用15-16
• 1.2 雄性不育研究進(jìn)展16-28
• 1.2.1 雄性不育概述16
• 1.2.2 雄蕊的形成過程16-18
• 1.2.3 雄性不育與雜種優(yōu)勢(shì)18-19
• 1.2.4 胞質(zhì)不育系研究進(jìn)展19-25
• 1.2.4.1 胞質(zhì)不育基因的克隆與分析19-20
• 1.2.4.2 胞質(zhì)不育基因的序列特征20-22
• 1.2.4.3 恢復(fù)基因的序列特征22
• 1.2.4.4 胞質(zhì)不育的模型22-25
• 1.2.5 環(huán)境敏感型不育系研究進(jìn)展25-27
• 1.2.6 棉花雄性不育研究進(jìn)展27-28
• 1.3 植物蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展28-33
• 1.3.1 蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)和方法28-30
• 1.3.2 蛋白質(zhì)組學(xué)與雄性不育30-31
• 1.3.3 蛋白質(zhì)組學(xué)在棉花中的應(yīng)用31-33
• 1.4 本研究的目的和意義33-34
• 第二章 中9106育性特征及雜種優(yōu)勢(shì)分析34-41
• 2.1 材料與方法34-35
• 2.1.1 試驗(yàn)材料34
• 2.1.2 中9106育性調(diào)查34
• 2.1.3 花藥及花粉形態(tài)觀察34
• 2.1.4 雜種優(yōu)勢(shì)分析34-35
• 2.2 結(jié)果與分析35-39
• 2.2.1 中9106育性變化分析35-37
• 2.2.3 中9106敗育觀察37-38
• 2.2.4 中9106雜種優(yōu)勢(shì)分析38-39
• 2.3 討論39-41
• 第三章 基于 2-DE的中9106花藥蛋白質(zhì)學(xué)分析41-57
• 3.1 材料和方法41-45
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料41
• 3.1.2 花藥石蠟切片分析41-42
• 3.1.3 花藥總蛋白的提取、純化和定量42
• 3.1.4 等電聚焦電泳42
• 3.1.5 膠條平衡42
• 3.1.6 SDS-PAGE凝膠電泳42-43
• 3.1.7 硝酸銀法膠體染色43
• 3.1.8 考馬斯亮藍(lán)膠體染色43
• 3.1.9 凝膠掃面和圖像分析43
• 3.1.10 差異蛋白鑒定43-44
• 3.1.11 蛋白的功能分類44
• 3.1.12 實(shí)時(shí)定量PCR（Quantitative real-time PCR，，qRT-PCR）44-45
• 3.1.13 可溶性糖含量測(cè)定45
• 3.2 結(jié)果與分析45-54
• 3.2.1 不育性狀表型觀察45-46
• 3.2.2 花藥發(fā)育過程觀察46-47
• 3.2.3 蛋白質(zhì)組學(xué)分析47-49
• 2.2.4 差異蛋白的鑒定和功能分類49
• 3.2.5 差異蛋白與擬南芥花粉蛋白比較49-53
• 3.2.6 蛋白表達(dá)量和轉(zhuǎn)錄水平比較分析53-54
• 3.2.7 可溶性糖含量變化54
• 3.3 討論54-57
• 3.3.1 絨氈層延遲降解和雄性不育54-55
• 3.3.2 能量代謝缺陷與雄性不育55
• 3.3.3 花粉外壁發(fā)育缺陷與雄性不育55-56
• 3.3.4 蛋白代謝與雄性不育56
• 3.3.5 花粉萌發(fā)缺陷與雄性不育56
• 3.3.6 其它不育相關(guān)蛋白56-57
• 第四章 基于iTRAQ技術(shù)的中9106花藥蛋白質(zhì)學(xué)分析57-78
• 4.1 材料和方法57-61
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料57
• 4.1.2 石蠟切片57
• 4.1.3 掃描電鏡57-58
• 4.1.4 透射電鏡58
• 4.1.5 花藥蛋白提取和定量58
• 4.1.6 iTRAQ標(biāo)記58-59
• 4.1.7 液相串聯(lián)質(zhì)譜分析59
• 4.1.7.1 液相色譜分離59
• 4.1.7.2 質(zhì)譜儀檢測(cè)分析59
• 4.1.8 數(shù)據(jù)庫的搜索與蛋白定量59-60
• 4.1.9 功能分類和聚類分析60
• 4.1.10 實(shí)時(shí)定量PCR60-61
• 4.2 結(jié)果與分析61-75
• 4.2.1 不育性狀穩(wěn)定性觀察61-62
• 4.2.3 中9106敗育時(shí)期確定62-63
• 4.2.4 iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)分析63-66
• 4.2.5 差異表達(dá)蛋白分析66-68
• 4.2.6 聚類和GO富集分析68-70
• 4.2.7 差異蛋白轉(zhuǎn)錄水平分析70-71
• 4.2.8 棉花花藥不育相關(guān)基因的篩選71-73
• 4.2.9 突變體花粉壁的異常發(fā)育73-75
• 4.3 討論75-78
• 4.3.1 花粉外壁的異常發(fā)育與雄性不育75-76
• 4.3.2 外壁形成相關(guān)的差異蛋白76-77
• 4.3.3 蛋白質(zhì)降解類差異蛋白77
• 4.3.4 Ca~(2+)結(jié)合類差異蛋白77-78
• 第五章 全文結(jié)論78-80
• 第六章 研究展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-93
• 附錄93-96
• 縮略詞96-97
• 致謝97-99
• 作者簡介99

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1094938