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樱桃S基因型及自交(不)亲和机制研究

陈晓流  
【摘要】: 欧洲甜樱桃(P.avium L).是重点发展的早熟果树,其自交不亲和性是影响生产的重要因素。现有主栽品种多数不知道S基因型。确定S基因型,对配置授粉树、选配杂交亲本、探讨自交不亲和的分子机制及选育自交亲和品种都非常重要;中国樱桃(P.pseudocerasus L.)具有自交亲和、果实发育期短、部分类型树体矮化等特殊的重要资源性状,对培育自交亲和、早熟、矮化的优良品种有重要价值。本研究主要利用S基因特异PCR、田间杂交座果率调查、花粉管生长观察和等电聚焦凝胶电泳等手段,克隆了甜樱桃品种的S基因,确定了山东省主栽品种的S基因型,探讨了甜樱桃自交不亲和及中国樱桃自交亲和的机制,建立了确定S基因型的技术体系,可直接用叶片DNA,根据S基因特异PCR片段大小来确定S基因型。主要结论如下: 1.根据蔷薇科S基因核酸序列的高度保守区C2和RC4区的序列设计引物PruC2和PruC4R,对叶片基因组DNA做S基因特异PCR扩增,克隆测序各S基因的扩增片段并在genebank上搜索。结果证明,在电泳中显示的相同大小的PCR片段,是同一种S基因。各S基因扩增片段大小分别是:S_1为676-677bp,S_3为761-762bp,S_4为943-944bp,S_6为456bp。首次阐明部分S基因扩增片段的核酸序列及大小。 2.建立了一套技术体系来鉴定基因型未知品种的S基因型。用PruC2和PruC4R专一引物对叶片DNA做PCR扩增,根据扩增片段的大小来确定该片段是那种S基因,确定该品种的S基因型。依据该方法,对现有主栽品种确定了S基因型。红灯、早红宝石、红艳、先锋是S_1S_3,抉择、那翁、红丰、外引7号为S_3S_4,大紫是S_1S_6,长把红是S_1S_4,养老是S_3S_6,斯太拉是S_3S_4。 3.田间杂交座果率表明,S基因型相同的品种间杂交,表现杂交不亲和,不能互为授粉树。不同S基因型的品种间杂交,表现杂交亲和,但亲和花粉所携带的S基因的种类和数量不是影响座果率高低的因素。 4.通过分析现有品种的S基因型,发现各S基因出现的频率不同,以S_3频率最高,为42.31%;S_1和S_4中等,分别为23.08%、26.92%,S_6最小,为7.69%;S_2和S_5没有出现。因此,把S_3称为高频S基因,S_1和S_4为中频S基因,S_6为较低频S基因,S_2和S_5为低频S基因。 5.樱桃参试品种用RAPD聚类分析方法,分成8类。同一类中的品种亲源关系较近,都共有一个相同的S基因,甚至S基因型相同,是S基因的遗传造成。但遗传距离较远的品种,多共有高频的S_3基因,不只是遗传因素所致,还可能与S_3基因在育种中有选择优势有关。 6.甜樱桃品种抉择、早红宝石、养老等自花授粉及杂交授粉表明,授粉后24-30h,亲和及不亲和花粉管生长没有差异,都能萌发并到达花柱上、中部;授粉后48-77h,亲和及不亲和花粉管生长表现明显差异,亲和花粉管不断延伸,进入子房。而不亲和花粉管进入花柱中、下部,在中、下部生长受抑制,停止生长,有的表现顶端膨大、 陈晓流:樱桃S基因型及自交(不)亲和机制研究 破裂,但多数形态正常。 7.甜樱桃自交不亲和的机制是石基因在花柱表达产生 S-RNase的量很丰富,使卜 RNase能够抑制自体花粉管生长,使不亲和花粉管在花柱中、下部生长受抑制而停止生 长,不能进人子房完成授粉受精的过程。 8.首次阐明中国樱桃自交亲和的机制是:花柱中可溶性蛋白含量明显比SI的甜樱 桃的低,RT-PCR显示S基因在花柱中表达,但IEF-PAGE上分离到的S—RNase的量很 少,即S基因表达产生的S-RNase量太少,使S-RNase不能抑制自体花粉管的生长, 导致自交亲和,自交座果率达25%。 9.RAPD聚类分析和S基因的核酸序列比较都表明,中国樱桃和酣樱桃的遗传距离 很远,把它们划归两个类。但这两个种的部分品种间杂交,表现出种间杂交亲和。 10.对叶片基因组 DNA做 S基因特异扩增,甜樱桃各品种得到两条不同的扩增带, 说明基因组中有两种不同的s基因;中国樱桃只得到一条扩增带,说明基因组中有一 种S基因。 11.把中国樱桃的 S基因型定为 S;m,SM表示花柱部分的突变使 S基因在花柱中 不表达或表达水平低。 12.中国樱桃和甜樱桃基因组中 S基因比花柱中相应的叩NA片段长,表明樱桃 S 基因中有内含子。


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