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水稻雄性不育突变体的细胞学研究及遗传分析

李园园  
【摘要】: 雄性不育是在植物有性繁殖过程中不能产生具有正常功能花粉的现象,这种现象在高等植物中普遍存在。作物雄性不育是有效利用杂种优势,提高作物产量的前提和基础。水稻是世界上最重要的粮食作物之一,世界上约有一半的人以稻米为主要粮食,稻米产量的增加有赖于水稻雄性不育与杂种优势的广泛应用。水稻作为单子叶禾谷类植物的模式植物,有许多优势之处,成为单子叶植物功能基因组以及生理生化机制研究的理想材料。因此说对于水稻雄性不育的研究具有理论和应用的双重意义。本研究利用多种细胞学实验方法对水稻H_2S、Osfmds、Osmlp突变体进行初步研究,目的是清楚这些雄性不育突变体的遗传特点,雄性不育的败育时期和败育特点,探索雄性不育的机制,为控制突变体表型的基因克隆奠定基础。主要结果如下: 1根据与几种类型的材料杂交后代的遗传分析结果,水稻H_2S突变体是单隐性核基因控制的无花粉型雄性不育突变体,雌性器官正常。花药瘦小,呈白色水浸状,花药表皮光滑,药室内壁(即绒毡层)没有乌氏体结构。石蜡切片和压片观察发现突变体花药在四分体时期以前发育正常,减数分裂正常;在由四分体释放后的小液泡时期小孢子开始降解,此时绒毡层也表现不正常降解;当野生型花药发育到单核靠边期时,突变体小孢子降解完全,绒毡层降解只剩残迹留在药室内壁上。据结果推测由于绒毡层的非正常死亡,不能为小孢子提供发育所需营养和结构物质,导致小孢子降解。 2水稻Osfmds突变体是中花11的T-DNA插入突变体库中筛选出的雌雄双不育突变体。利用ISSR分子标记进行遗传背景分析,没有检测到该突变体与中花11的差异,证明除了目标性状外,该突变体与中花11的遗传背景相同,该突变体是由中花11突变而来。经Bar基因和抗Basta除草剂检测其分离群体无T-DNA插入,推测可能是组培过程中产生的突变体。遗传分析表明突变表型受一对隐性基因控制。突变体植株较矮,花药消瘦,颜色变浅呈淡黄色,雌蕊表型正常。扫描电镜观察发现突变体的成熟花粉粒变形,大小不均,大多花粉粒成对粘连并有连体现象;萌发孔孔盖小,外孔缘清晰;此时的绒毡层表现正常,有乌氏体结构。石蜡切片和压片观察发现突变体性母细胞减数分裂异常,减分Ⅰ期中期染色体没有排列在赤道板上,减分Ⅰ期后期染色体分离不同步并出现染色体桥,分裂产生不均等四分体。大孢子母细胞减分后产生的大孢子降解,不能形成胚囊。该突变体可能是影响减数分裂时期染色体凝集和同源染色体联会的突变体。 3水稻Osmlp突变体也是中花11的T-DNA插入突变体库中筛选出的多雌蕊突变体。运用与Osfmds突变体相同的方法进行遗传背景分析和T-DNA插入检测,证明该突变体是由中花11突变而来,杂合株后代的分离群体全都有T-DNA插入片段,但是不能确定突变性状是否由T-DNA插入引起。遗传分析表明Osmlp突变体突变表型受一对隐性基因控制。表型观察发现花器官发生同源转化,雄蕊同源转化为心皮,浆片同源转化为类颖片结构。对转化后的闭合子房做石蜡切片观察发现子房内无胚珠,由薄壁细胞填充,子房壁类似花药壁,说明雄蕊转化成一种子房和花粉囊中间类型。由突变表型可以推测该突变体是由于ABC模型中的B类功能基因失常导致的突变。


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