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《中国农业大学》 2018年
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诱导恢复性智能雄性不育体系的构建及应用

陈宁  
【摘要】:利用基因工程方法培育雄性不育系,尤其是雄性不育-保持兼用系,是更好地利用作物的杂交优势的新途径之一。当今利用该方法构建的兼用系,多数为雄性常态可育,通过改变外界环境或外源喷施诱导剂转变为不育。这些体系的主要缺点是调节雄性育性的时间窗口较窄,而且有时需要多次调节。为了补足这一短板,本研究在对前期克隆到的花丝特异性启动子AtDAD1进行解析的基础上,构建了以它为基础的新型诱导性雄性不育体系——诱导恢复性智能雄性不育体系,并且在拟南芥上得到验证。主要结果如下:用DADB(AtDAD1启动子的转化用全长片段)驱动GUS基因转化拟南芥,GUS基因在拟南芥中有极强的花丝特异性表达,在其他花器官和营养器官中则表达不明显。这种表达从花期12开始,一直保持直至授粉完成。对DADB进行了 5’和3’端的删除,发现决定花丝特异性的关键元件位于-1938 bp~-2947 bp 区段。以DADB驱动本实验室改良的Barnase基因——mBarnV作为“雄性不育”基因(DADB::mBarnV)导入拟南芥后,转基因植株的花丝变短,花药居于柱头下方,花粉量显著减少并且残存的花粉败育,从而导致雄性彻底不育,但雌蕊的育性不受影响。将此雄性不育基因与“恢复基因”PR2as::Barstar相偶联,导入拟南芥后,转基因植株T1代在自然状态下为雄性不育(表型同单转DADB::mBarnV的植株),但在外源施用水杨酸(SA)诱导后雄性育性得以恢复,从而能够自花授粉受精产生正常的角果和种子。这一性状能够稳定地传递到后代。外源喷施SA的时间窗口从花期10到花期12,长达2周,而且每三天喷施一次即可。与之平行,用花药绒毡层特异性启动子TA29驱动mBarnV基因,再串联改良的PR-1a启动子(8AnBx)驱动的Barstar基因,构成第2个诱导恢复性雄性不育表达载体。导入拟南芥后,转基因植株Ti代在自然条件下呈现出花药发育不良、不能产生正常的角果和种子的表型,但在绒毡层发育时期喷施SA后,花药的发育恢复正常,能够自花授粉受精产生正常的角果与种子。比较上述两种体系,前者(以DADB为基础)留给外源施用诱导剂的时间窗口比后者(以TA29为基础)更宽,因此也能够更方便、更经济地外源施用诱导剂。通过农杆菌介导转化法将以DADB为基础的诱导恢复性智能雄性不育系统移植到甘蓝型油菜(品种:West-4)中,获得少量转基因油菜植株。转基因油菜T1代植株在自然条件下,呈现出只有部分花朵的花丝变短、花粉数量减少且有部分败育,但是整株仍然能产生正常的角果和种子。这种雄性不育性不完全的原因还有待进一步的研究。本研究的结果不仅提供了两个诱导恢复性智能雄性不育体系,而且为构建其它新的诱导恢复育性雄性不育体系提供了新的思路和实践的参考。
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:Q943.2

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