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《西北农林科技大学》 2003年
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甘蓝型油菜(Brassica napus)新型核不育材料Shaan-GMS的遗传及核不育的分子机制研究

胡胜武  
【摘要】: 细胞核雄性不育是油菜杂种优势利用的重要途径之一,而新不育源的发掘及研究则是其重要的基础工作。“Shaan-GMS”是作者1994年新发现的一种甘蓝型油菜雄性不育材料,其不育性彻底、稳定。本研究从国内外83份甘蓝型油菜材料中筛选出2份“Shaan-GMS”的恢复材料,并对恢复性的遗传机制进行研究;用“Shaan-GMS”与其恢复系进行杂交,从其后代中选育出纯合不育系;以“Shaan-GMS”的近等基因系220AB为材料,对其同工酶、蛋白质和DNA分子标记进行了研究;以PCR技术扩增220AB中与已报道的甘蓝型油菜雄性不育基因MS2Bnap同源的基因组DNA片段,对该核基因的结构特征进行研究,并探讨该基因与显性核不育220A不育性状表现的关系。现将主要结论摘要如下: 1.本研究从国内外83份甘蓝型油菜材料中筛选出2份“Shaan-GMS”的恢复材料。遗传研究表明,“Shaan-GMS”育性恢复性的遗传机制符合2对核基因互作控制假说。假设不育基因为MS,其对应的隐性可育等位基因为ms,Rf为Ms的显性抑制基因,rf为Rf的隐性等位基因,基因型Ms_rfrf表现为雄性不育,其他7种基因型都表现为雄性可育,则“Shaan-GMS”的基因型为Msmsrfrf,恢复系“96-803”的基因型为msmsRfRf,隐性测交系“84004”的基因型为msmsrfrf。“96-803”和其它8份材料的测交结果表明,Shaan-GMS同6CA恢保关系相同。 2.以“Shaan-GMS”与其恢复系“96-803”杂交,F_1自交,从育性分离的F_2家系中选可育株自交得F_3,从育性分离的F_3家系中选不育株同隐性测交系“84004”进行测交,在其不育株测交F_1全为不育的F_3家系中,进行兄妹交,育成了纯合不育系803AB(MsMsrfrf×MsMsRfrf)。 3.分析了“Shaan-GMS”的近等基因系220AB和对照F_1(6CA×220)不育株、可育株不同大小花蕾及雄蕊中同工酶和水溶性蛋白质(Prot)的电泳图谱。结果表明:3mm、4-5mm花及其雄蕊中酯酶(EST)、Prot条带数目减少,一些条带迁移率增大,表明功能物质的降解与不育发生有关。两种不育型花中过氧化氢酶(CAT)变化规律相似。220AB 4-5mm花雄蕊的α-淀粉酶(α-AMY)增加了5条新带,说明败育 甘蓝型油菜新型核不育材料Shaan-GMS的遗传及核不育的分子机制研究 可能与能源物质的不足有关。 4.用825条10碱基随机引物对“Shaan一GMS”的近等基因系22OAB和对照F,(6以 x 220)的可育集团及不育集团进行PCR扩增,其中632条引物共扩增出2043条 带,引物BAn02在22OAB的可育集团及不育集团间扩增出多态性条带 BAI 102,500,而在对照F,(6CA x 220)的可育集团及不育集团间未扩增出多态性 条带:引物BAI 102对220AB群体的30个单株进行PCR扩增,15株不育株全都 扩增出BAI 1 02.500条带,而巧株可育株未扩增出该条带,说明BAI 102.500条 带与Shaan-GMS的显性核不育基因Ms密切相关。 5.以,’ Shaan一GMS”的近等基因系220AB为试材,用4对引物(Pl+PZ,P3+P4,PS+P6, Pl+P6)对可育集团(220B)与不育集团(220A)的基因组DNA进行PCR扩增。结 果表明,Pl+PZ的扩增产物为1123bp,P3+P4的扩增产物为1016bp,PS+P6的扩 增产物为571bp,Pl+P6扩增产物为2580bp。将引物PI+PZ,P3+P4,PS+P6的扩 增产物进行克隆、测序分析,得到22OAB中与己报道的甘蓝型油菜雄性不育基因 MSZBnap同源的核基因MSZBnap一DNA全长为2580bp,比MSZBn即基因增加了总长 为653bp的6个内含子。这6个内含子长度分别为236bp(+504一+739bp)、88bv (+844~+93lbp)、93bp(+1132~1224bp)、73bp(+1326~+1398bp)、79bp(+1763~ +184lbp)、84bp(+2334~+2417 bp),其两端均存在典型的GT/AT双核昔酸结构, AT%平均含量为70.33%,变幅为66一76%.首次发现报道了甘蓝型油菜MSZBnap一DNA 全长序列及6个内含子序列,并在GeneBank上登陆,220B、220A中与MsZBnap 基因同源的核基因22OB.DNA、2加A.DNA的GeneBank登录号分别是丛鱼辽丝旦, AY288778。220B一DNA与220A--DNA序列间存在9处碱基差异,这9处碱基差异可 分为2种类型。第1类发生在内含子区,该类碱基变化虽不直接引起编码的氨基 酸序列变化,但可能影响该基因的表达;第2类碱基变化发生在氨基酸编码区, 引起了编码的氨基酸序列变化,特别是MSZBnaP一DNA中+1 62bp处的碱基突变 (220B一DNA中为T,220A一DNA中突变为A)引起220B一cDNA中编码Leu的密码子 TTG突变为220A一cDNA中的终止密码子TAG,使得220B一cDNA中编码含616个氨基 酸的蛋白质多肤的开放阅读框在22OA--oDNA中只编码30个氨基酸便终止,该功能 蛋白的丧失,可能是导致220A表现不育的主要原因。 6.本研究表明:“Shaan一G璐”与上海农业科学院李树林等人的甘蓝型油菜显性核不 育系“6以”的恢保关系相同,但在同工酶和DNA分子水平上存在一定差异。 “Shaan一GMS”的发现拓宽了油菜遗传育种可利用的不育源,它在油菜亲本改良及 杂种优势利用等方面将有广阔的应用前景。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:S565.4

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