發(fā)布時(shí)間：2017-12-08 08:09

  本文關(guān)鍵詞：太谷核不育小麥Ms2基因的圖位克隆和功能解析

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【摘要】：植物雄性不育是一種重要的性狀,廣泛用于雜交育種。太谷核不育小麥Ms2基因,屬于顯性核雄性不育基因,已用于上百個(gè)小麥品種或品系的培育,加快了我國(guó)小麥育種進(jìn)程。本研究利用圖位克隆技術(shù)分離到Ms2基因,通過(guò)反向遺傳學(xué)手段驗(yàn)證了該基因的功能,并采用遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)證明Ms2基因可以引起小麥、大麥和短柄草的雄性不育。MS2基因只在部分小麥亞族物種出現(xiàn),顯性Ms2基因在太谷反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(Taigu)的驅(qū)動(dòng)下表達(dá),其表達(dá)呈現(xiàn)花藥特異性。Ms2基因的克隆對(duì)小麥輪回選擇或雜交制種具有重要意義。本研究的主要結(jié)果如下:1.太谷核不育小麥雄性不育表型:我們統(tǒng)稱(chēng)攜帶顯性Ms2基因的小麥為太谷核不育小麥。與可育小麥相比,太谷核不育小麥的花藥瘦小,小孢子發(fā)育異常,造成無(wú)花粉型雄性不育。太谷核不育小麥雄性組織發(fā)育的異常表現(xiàn)在中層細(xì)胞的提前降解、花粉母細(xì)胞的原生質(zhì)化、二分體分離受阻和單核花粉粒的急劇退化等。2.太谷核不育Ms2基因的精細(xì)定位:本研究利用4個(gè)BC1F1群體(PopA、PopD、PopE和PopF)進(jìn)行Ms2基因的精細(xì)定位。利用3,487個(gè)Pop D單株,將Ms2基因定位在Xsdauw20和Xsdauw32之間,約0.6cM的區(qū)間。同時(shí)利用3,954個(gè)PopA單株,將Ms2基因進(jìn)一步定位在Xsdauw27和Xsdauw29之間,約0.05cM的距離,標(biāo)志著Ms2區(qū)域精細(xì)遺傳圖譜的成功繪制。3.太谷核不育Ms2基因的物理圖譜和候選基因:本研究構(gòu)建了‘矮敗魯麥15’的細(xì)菌人工染色體文庫(kù)(bacterial artificial chromosome,BAC),利用Ms2基因的5個(gè)連鎖標(biāo)記對(duì)該文庫(kù)進(jìn)行篩選并獲得了Ms2區(qū)域的12個(gè)BAC克隆。對(duì)部分BAC克隆進(jìn)行測(cè)序和拼接,成功繪制了Ms2基因區(qū)域的物理圖譜。在Xsdauw24和Xsdauw32區(qū)間,共預(yù)測(cè)到8個(gè)候選基因,其中PG5P1593S的表達(dá)和太谷核不育性狀相關(guān)聯(lián),可能代表Ms2基因。4.PG5P1593S代表太谷核不育Ms2基因:利用TILLING(targeting induced local lesions in genomes)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)PG5P1593S基因的突變引起太谷核不育性狀的喪失、雄性可育,基因突變和育性恢復(fù)呈現(xiàn)穩(wěn)定遺傳。利用遺傳轉(zhuǎn)化互補(bǔ)實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步確認(rèn)PG5P1593S基因的表達(dá)可以引起普通小麥、大麥和短柄草的雄性不育。現(xiàn)有證據(jù)顯示PG5P1593S就是太谷核不育Ms2基因。5.Ms2基因呈現(xiàn)特異的時(shí)空表達(dá)模式:自然群體中,Ms2基因只在太谷核不育小麥中表達(dá),并且只在減數(shù)分裂前后(S2時(shí)期)的花藥組織表達(dá)。組織原位雜交證明,Ms2基因在花藥中層、絨氈層和小孢子母細(xì)胞中特異表達(dá)。該基因的特異表達(dá)可能與MS2啟動(dòng)子區(qū)域的Taigu反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子有直接關(guān)系。亞細(xì)胞定位技術(shù)顯示,GFP:Ms2融合蛋白可能定位于細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。6.MS2是麥族植株特異進(jìn)化的產(chǎn)物:MS2或其同源基因只在粗山羊草(Aegilops tauschii)、烏拉爾圖小麥(Triticum urartu)以及普通小麥(Triticum aestivum)等麥族物種中存在。通過(guò)比較575份小麥族材料,鑒定到MS2基因的18種單倍型(Haplotype),顯性Ms2基因?qū)?yīng)單倍型A2,是在單倍型A1的基礎(chǔ)上由Taigu轉(zhuǎn)座子插入形成的。Ms2基因的單倍型A1在普通小麥形成之前就已經(jīng)存在,在普通小麥和粗山羊草中分別獨(dú)立遺傳。7.MS2蛋白可能作用于植物蛋白翻譯系統(tǒng):轉(zhuǎn)錄組分析和酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)說(shuō)明MS2蛋白很可能作用于植物蛋白翻譯系統(tǒng)從而導(dǎo)致雄性不育。
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S512.1

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 MA Guo-hui;YUAN Long-ping;;Hybrid rice achievements, development and prospect in China[J];Journal of Integrative Agriculture;2015年02期

2 李志寬;祝萬(wàn)萬(wàn);馬守才;張改生;趙新亮;張鵬飛;牛娜;王軍衛(wèi);;小麥T型細(xì)胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)基因Rf1和Rf4的SSR標(biāo)記分析[J];農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào);2014年09期

3 劉宏偉;劉秉華;周陽(yáng);楊麗;王山葒;;矮敗小麥育種技術(shù)研究進(jìn)展[J];中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào);2013年01期

4 Jing-Xin Guo;Yao-Guang Liu;;Molecular Control of Male Reproductive Development and Pollen Fertility in Rice[J];Journal of Integrative Plant Biology;2012年12期

5 ;Distribution,Frequency and Variation of Stripe Rust Resistance Loci Yr10,Lr34/Yr18 and Yr36 in Chinese Wheat Cultivars[J];遺傳學(xué)報(bào);2012年11期

6 ;A recessive gene controlling male sterility sensitive to short daylength/low temperature in wheat(Triticum aestivum L.)[J];Journal of Zhejiang University-Science B(Biomedicine & Biotechnology);2011年11期

7 周菊紅;李軻;何蓓如;胡銀崗;;YM型小麥溫敏雄性不育系不育基因的QTL定位[J];作物學(xué)報(bào);2010年12期

8 翟虎渠;劉秉華;;矮敗小麥創(chuàng)制與應(yīng)用[J];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué);2009年12期

9 ;Genes for resistance to stripe rust on chromosome 2B and their application in wheat breeding[J];Progress in Natural Science;2009年01期

10 鄭威;李先文;孫東發(fā);;SSR標(biāo)記在小麥遺傳資源利用中的應(yīng)用[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2008年36期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 張磊;玉米雄性不育基因MALE STERILE33的克隆和功能分析[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

2 陳軍方;太谷核不育基因ms2的分子生物學(xué)研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2003年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 矯永慶;小麥太谷核不育基因ms2緊密連鎖的分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2005年

2 鮑海瀅;小麥核不育基因Ms2的分子標(biāo)記[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2000年

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本文編號(hào)：1265653