本文關鍵詞：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,已用于上百個小麥品種或品系的培育,加快了我國小麥育種進程。本研究利用圖位克隆技術分離到Ms2基因,通過反向遺傳學手段驗證了該基因的功能,并采用遺傳轉(zhuǎn)化技術證明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)動下表達,其表達呈現(xiàn)花藥特異性。Ms2基因的克隆對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)在中層細胞的提前降解、花粉母細胞的原生質(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基因的精細定位:本研究利用4個BC1F1群體(PopA、PopD、PopE和PopF)進行Ms2基因的精細定位。利用3,487個Pop D單株,將Ms2基因定位在Xsdauw20和Xsdauw32之間,約0.6cM的區(qū)間。同時利用3,954個PopA單株,將Ms2基因進一步定位在Xsdauw27和Xsdauw29之間,約0.05cM的距離,標志著Ms2區(qū)域精細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:本研究構建了‘矮敗魯麥15’的細菌人工染色體文庫(bacterial artificial chromosome,BAC),利用Ms2基因的5個連鎖標記對該文庫進行篩選并獲得了Ms2區(qū)域的12個BAC克隆。對部分BAC克隆進行測序和拼接,成功繪制了Ms2基因區(qū)域的物理圖譜。在Xsdauw24和Xsdauw32區(qū)間,共預測到8個候選基因,其中PG5P1593S的表達和太谷核不育性狀相關聯(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,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呈現(xiàn)穩(wěn)定遺傳。利用遺傳轉(zhuǎn)化互補實驗,進一步確認PG5P1593S基因的表達可以引起普通小麥、大麥和短柄草的雄性不育�，F(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)特異的時空表達模式:自然群體中,Ms2基因只在太谷核不育小麥中表達,并且只在減數(shù)分裂前后(S2時期)的花藥組織表達。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胞中特異表達。該基因的特異表達可能與MS2啟動子區(qū)域的Taigu反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子有直接關系。亞細胞定位技術顯示,GFP:Ms2融合蛋白可能定位于細胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。6.MS2是麥族植株特異進化的產(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)獑伪缎虯2,是在單倍型A1的基礎上由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驗說明MS2蛋白很可能作用于植物蛋白翻譯系統(tǒng)從而導致雄性不育。
【學位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S512.1

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