本文關(guān)鍵詞：辣椒胞質(zhì)雄性不育育性恢復(fù)的遺傳與候選基因鑒定　出處：《甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：利用植物胞質(zhì)雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)“三系”配套法生產(chǎn)雜交種子不但可以省去人工去雄,降低制種成本,還能確保雜交種子純度,是植物雜種優(yōu)勢(shì)利用的重要途徑。但目前真正利用雄性不育“三系”配套生產(chǎn)辣椒雜交種子的例子并不多見(jiàn),究其原因,主要是因?yàn)椴挥岛突謴?fù)性的轉(zhuǎn)育較為困難,尤其是恢復(fù)系的轉(zhuǎn)育。解決這兩個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵是弄清辣椒胞質(zhì)雄性不育及其育性恢復(fù)的遺傳和分子機(jī)理。前人研究表明,辣椒胞質(zhì)雄性不育受細(xì)胞質(zhì)不育基因(S-)與核不育基因(msms)共同控制,主要由于線(xiàn)粒體基因組的重排,引起線(xiàn)粒體能量代謝和物質(zhì)代謝失調(diào),從而導(dǎo)致雄性不育,并已克隆出相關(guān)不育基因。而目前關(guān)于恢復(fù)基因的認(rèn)識(shí)僅停留在核內(nèi)恢復(fù)基因(Rf)能夠使CMS育性恢復(fù)的水平上,但究竟有幾個(gè)Rf基因,其遺傳機(jī)理如何,是在DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平還是翻譯水平使CMS育性恢復(fù),還不得而知。因此,揭示辣椒胞質(zhì)雄性不育及其育性恢復(fù)的遺傳與分子機(jī)理,對(duì)于恢復(fù)系的轉(zhuǎn)育與選育具有重要的理論指導(dǎo)意義,從而可以加速辣椒CMS“三系”配套法在雜交種子生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。本研究以辣椒胞質(zhì)雄性不育系8A,恢復(fù)系R_1和R_2,以及其雜交衍生群體為材料,首先利用植物數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳分析方法,對(duì)辣椒CMS育性恢復(fù)進(jìn)行六世代聯(lián)合分析,并利用分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)進(jìn)行QTL定位分析,弄清辣椒CMS育性恢復(fù)的遺傳機(jī)理和數(shù)量性狀位點(diǎn);同時(shí)對(duì)8A與R_1,以及其F2分離群體中極端不育池SP與極端恢復(fù)(可育)池RP進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組比較分析,尋找差異表達(dá)基因,對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行功能注釋,探索辣椒CMS育性恢復(fù)的分子機(jī)理,并利用BSR法對(duì)恢復(fù)基因進(jìn)行定位分析,根據(jù)定位區(qū)間差異表達(dá)基因和功能注釋結(jié)果,鑒定篩選辣椒CMS育性恢復(fù)候選基因。取得的主要結(jié)果如下:(1)辣椒胞質(zhì)雄性不育系×恢復(fù)系的六世代混合遺傳分析結(jié)果表明,辣椒CMS育性恢復(fù)受兩對(duì)加性-顯性上位性主基因+加性-顯性上位性多基因控制,且基因遺傳力很高,在0.9388以上。8A×R_1組合中,第1對(duì)主基因同時(shí)表現(xiàn)加性效應(yīng)和顯性效應(yīng),加性效應(yīng)值和顯性效應(yīng)值分別為-0.9540和1.2490,而第2對(duì)主基因主要表現(xiàn)為加性效應(yīng),加性效應(yīng)值為-0.9540,顯性效應(yīng)僅為-0.0447,2對(duì)主基因具有相同的加性效應(yīng)。8A×R_2組合中,2對(duì)主基因均同時(shí)表現(xiàn)加性效應(yīng)和顯性效應(yīng),第1對(duì)主基因的顯性效應(yīng)大于第二對(duì)主基因,分別為0.8959和0.3512,2對(duì)主基因具有相同的加性效應(yīng),效應(yīng)值為-0.8734。(2)構(gòu)建了一張由12個(gè)連鎖群組成,總跨度553.45 c M的辣椒種內(nèi)分子遺傳圖譜。利用該遺傳圖譜,對(duì)辣椒CMS育性恢復(fù)進(jìn)行了QTL定位,共定位到2個(gè)主效QTLs和7個(gè)微效QTLs。2個(gè)主效QTLs的遺傳力很高,合計(jì)為92.58%。第1個(gè)主效QTL——q IF-3-1,可解釋表型變異的46.68%,顯性效應(yīng)和加性效應(yīng)值分別為1.28和0.84。第2個(gè)主效QTL——q IF-5-1,可解釋表型變異的47.10%,顯性效應(yīng)和加性效應(yīng)值分別為1.76和-0.02。7個(gè)微效QTL中,q IF-4-1,q IF-5-2 and q IF-8-1主要表現(xiàn)為加性效應(yīng),q IF-1-1,q IF-2-1,q IF-6-1和q IF-12-1主要表現(xiàn)為顯性效應(yīng)。(3)利用Illumina Hiseq2500測(cè)序平臺(tái),對(duì)R_1、8A、RP和SP等4個(gè)材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,結(jié)果表明,在8A vs R_1間共找到3790個(gè)差異表達(dá)基因,其中在R_1中上調(diào)表達(dá)2274個(gè),下調(diào)表達(dá)的1516個(gè)。在SP vs RP間共找到1762個(gè)差異表達(dá)基因,其中在RP中上調(diào)表達(dá)1490個(gè),下調(diào)表達(dá)272個(gè)。在8A vs R_1和SP vs RP中均存在差異表達(dá)基因共944個(gè),其中均上調(diào)表達(dá)基因891個(gè),均下調(diào)表達(dá)基因53個(gè)。(4)通過(guò)對(duì)8A vs R_1和SP vs RP中均上調(diào)表達(dá)的891個(gè)基因的KEGG代謝通路分析,富集最顯著和與育性有關(guān)的代謝通路有:三羧酸循環(huán)、糖酵解途徑、磷酸戊糖途徑、氧化磷酸化、淀粉與蔗糖代謝、泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)水解、β-丙氨酸代謝、苯丙氨酸代謝、酪氨酸代謝、半胱氨酸與蛋氨酸代謝、ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體、磷脂酰肌醇信號(hào)系統(tǒng)和磷酸肌醇代謝。(5)篩選出Capana00g002348、Capana00g004424、Capana02g000930、Capana00g003267、Capana01g002849、Capana05g002270、Capana01g004065、Capana06g002131和Capana02g001595等9個(gè)與辣椒CMS育性恢復(fù)緊密相關(guān)的基因,它們分別依次編碼果糖激酶、磷脂酰肌醇磷酸激酶、果膠裂解酶、外多聚半乳糖醛酸酶、果膠酯酶、纖維素合成酶、束狀阿拉伯半乳聚糖蛋白、磷脂酶C(PLC)和ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。(6)利用BSR法,將辣椒CMS育性恢復(fù)基因分別定位到Chromosome 03和Chromosome 06的兩個(gè)區(qū)間上。位于Chromosome 03的區(qū)間跨度0.24Mb,包含19個(gè)參考基因;位于Chromosome 06的區(qū)間跨度16.47Mb,包含231個(gè)參考基因�？倕^(qū)間16.71Mb,共包含250個(gè)參考基因。(7)根據(jù)定位區(qū)間的差異表達(dá)基因分析,以及功能注釋,在Chromosome 06的定位區(qū)間上篩選到2個(gè)辣椒CMS育性恢復(fù)候選基因Capana06g002866與Capana06g002871,均編碼類(lèi)泛素結(jié)合酶NEDD8。熒光定量PCR分析表明,2個(gè)候選基因在F1各個(gè)時(shí)期的表達(dá)量均明顯高于8A,并在8A的4個(gè)發(fā)育時(shí)期表達(dá)量變化不明顯,而在F1中的第Ⅰ、Ⅱ時(shí)期基本不變,到第Ⅲ、Ⅳ時(shí)期迅速升高,至第Ⅳ時(shí)期達(dá)到最大,并遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于第Ⅰ、Ⅱ時(shí)期,說(shuō)明2個(gè)候選基因的表達(dá)與花藥的正常發(fā)育進(jìn)程顯著正相關(guān)。
[Abstract]:utilizing plant cytoplasmic male sterility ( CMS ) In this paper , the inheritance and molecular mechanism of male sterility and fertility restoration of pepper were analyzed by means of molecular marker technique , and the genetic mechanism and molecular mechanism of fertility restoration of pepper CMS were analyzed . The results showed that 3790 differentially expressed genes were found in R _ 1 , q IF - 1 - 1 , q IF - 2 - 1 , q IF - 6 - 1 and q IF - 12 - 1 . The results showed that there were 1762 differentially expressed genes in the R _ 1 , q IF - 1 - 1 , q IF - 2 - 1 , q IF - 6 - 1 and q IF - 12 - 1 . ( 4 ) The most significant metabolic pathway related to fertility restoration of hot pepper ( Capana 002348 , Capana 004424 , Capana 02g000930 , Capana 003267 , Capana01g002849 , Capana0g003267 , Capana01g002849 , Capana0g003267 , Capana01g002849 , Capana0g003267 , Capana01g002849 , Capana0g003267 , Capana01g002849 , Capana5g002270 , Capana01g004065 , Capana1g002131 and Capana02g001595 were respectively mapped to the two intervals of Pana0g002348 , Capana01 g002849 , Capana0g003267 , Capana01g002849 , Capana0g003267 , Capana01g002849 , Capana0g002270 , Capana01g004065 , Capana1g002131 and Capana02g001595 . ( 7 ) Two candidate genes Capana06g 002866 and Capana06g002871 were screened from the location interval of the localization interval . The results showed that the expression levels of the two candidate genes were significantly higher than those in the first and second stages of the period . The results showed that the expression levels of two candidate genes were significantly higher than those in the first and second periods , and the expression of two candidate genes was significantly correlated with the normal development of anther .

【學(xué)位授予單位】：甘肅農(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)】：S641.3

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本文編號(hào)：1430237