YM型小麦温敏雄性不育系育性转换特性及分子机理研究

【摘要】：利用光温敏雄性不育材料配制二系杂交小麦能有效克服三系制种过程复杂、种子易混杂等缺点,因此选育能够在生产上利用的光温敏雄性不育小麦具有重要意义。YM型小麦温敏不育系是将莫迦小麦(T. macha var. subletshchumicum)1BS染色体片段导入K型小麦不育系育成的材料,具有温敏特性。为了深入了解YM型小麦温敏雄性不育系育性转换特性及育性转换的分子机理,本论文以YM型小麦温敏不育系为试验材料,对YM型小麦温敏不育系YM3314的育性转换特性进行了分析;运用半定量反转录聚合酶链式反应(Semi-quantitative RT-PCR),对几个MADS-box基因在不同育性条件下的YM型小麦温敏不育系不同发育时期幼穗的中的表达模式进行了分析;利用抑制消减杂交技术构建了YM3314不育(秋播)条件和部分可育(春播)条件下单核期幼穗的正反交SSH-cDNA文库,并对两个文库中的部分差异表达基因进行了初步比较。研究取得的主要结果如下: 1. YM型小麦温敏雄性不育系YM3314的温敏特性和育性转换关键时期 通过杨陵分期播种试验和剪穗再生分蘖的育性试验,对YM型小麦温敏不育系YM3314在不同温光条件下的育性进行了调查,并结合幼穗发育不同阶段的气象资料,对各播期材料幼穗不同发育时期的气象因子与育性的相关分析结果表明,YM3314具有秋播不育,春播部分可育的育性转换特性,各播期材料的育性与孕穗期和抽穗期日平均气温呈极显著正相关,而与孕穗期的平均相对湿度呈显著负相关;孕穗前5日至抽穗后5日是YM3314育性转换的关键时期,该段时期日平均气温达到18.18℃以上表现部分可育,低于18℃表现雄性不育。 2. YM型小麦温敏不育系不同发育时期幼穗中MADS-box基因的表达模式分析 对YM型小麦温敏不育系及其保持系,1B/1R类型K型不育系及保持系,YS型小麦温敏不育系及保持系三对遗传背景相似的材料二核期幼穗中6个MADS-box相关基因的表达进行半定量RT-PCR分析结果表明, WAP1和TaVRT-1在YM型小麦温敏不育系KTm3314A中的表达量均比其保持系略高,可能与其不育性的表达相关。 对其在不同播期的YM3314单核期和二核期幼穗中的半定量RT-PCR表达模式分析表明, WAP1,TaMADS12,TaMADS51和TaVRT-1在不育(秋播)和部分可育(春播)条件下不同发育时期幼穗中表达量有差异,推测这4个MADS-box相关基因与YM3314的育性转换相关。 3. YM3314单核期不育和部分可育幼穗的SSH-cDNA文库构建及分析 以分期播种试验中的不育(秋播)和部分可育(春播)条件下YM3314单核期幼穗为材料,构建了正反交的抑制消减杂交cDNA文库。从不育(B)和可育(K)的SSH-cDNA文库中分别随机选取117和118个阳性克隆,进行测序,所得序列去除载体、引物及接头,去除重复序列、冗余序列序及小于100bp的序列,B库和K库分别得到60和76条EST序列。B库中的60条EST序列,经BLASTx检索,有37条(61.67%)与非冗余蛋白数据库中的已知基因有较高的同源性,这些同源序列代表的假定基因主要涉及初级代谢(13.51%)、能量代谢(24.32%)、细胞生长分裂(2.70%)、蛋白质合成(10.81%)、蛋白质修饰/加工/储藏(2.70%)、转运相关(13.51%)、信号传递(5.41%)和抗病与防御(8.11%),7条EST序列未知功能(18.92%)。K库中的76条EST序列,经BLASTx检索,有34条(44.74%)与非冗余蛋白数据库中的已知基因有较高的同源性,主要涉及初级代谢(5.88%)、能量代谢(23.53%)、转录(11.76%)、蛋白质合成(11.76%)、蛋白质修饰/加工/储藏(2.94%)、转运相关(8.82%)、细胞结构(2.94%)、信号传递(14.71%)和抗病与防御(2.94%),5条EST序列未知功能(14.71%)。比较两个文库中EST序列的功能发现,B库中与初级代谢、能量代谢、转运等有关的基因在YM3314不育性表达方面起重要作用;K库中参与能量代谢、转录、蛋白质合成和信号传递的基因较多。这些基因可能在YM3314由雄性不育到部分可育的育性转换过程中发挥作用。