收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

TaMS-MADSbox和TaG3BP基因在小麦温敏雄性不育系育性转换中的功能分析

周琳璘  
【摘要】:作物温光敏雄性不育系的利用为两系利用作物杂种优势提供了新的途径,然而,由于环境条件的复杂性,也加大了其生产利用的风险。揭示作物温光敏雄性不育系育性转换的分子基础,将为温光敏雄性不育系的合理高效利用提供理论基础,同时也为探索防控该类型不育系利用风险的措施,建立调控作物雄性不育育性转换的方法和技术奠定理论基础。YS型小麦温敏雄性不育系已应用于两系杂交小麦的选育,为了揭示YS型小麦温敏雄性不育系育性转换的分子基础,为其安全合理利用提供理论和技术,本研究对小麦TaMS-MADSbox和TaG3BP在YS型小麦温敏雄性不育系育性转换中的功能进行了较为深入的分析,旨在阐明其在该类型小麦温敏雄性不育系育性转换中的作用。 本研究选取YS型小麦温敏雄性不育系A3017不育和可育条件下小孢子各发育时期(减数分裂期、单核期、单~二核期、二核期及三核期)的花药和三种K型小麦细胞质雄性不育系及其保持系(K3314A/3314B、KTsp732A/Tsp732B和KTm3314A/Tm3314B)小孢子发育在单核~二核期的幼穗为主要材料,对TaMS-MADSbox和TaG3BP在YS型小麦温敏雄性不育系育性转换中的功能进行分析,获得的主要研究结果如下: 1 TaMS-MADSbox在育性转换中的功能分析 利用RACE技术从A3017中克隆了TaMS-MADSbox的1,131bp的全长cDNA序列(GenBank登录号:JN874386)。序列分析表明TaMS-MADSbox编码269个氨基酸,具有MADS-box转录因子典型的K-box结构域。该基因编码蛋白的pI/Mw为9.30/30.35。同源比对表明该基因与小麦MIKC-type MADS-box转录因子WM2及小麦MADS-box转录因子WAG高度同源。 采用Reverse transcription quantitative real-time PCR(RT-qPCR)技术对TaMS- MADSbox的表达模式分析表明,TaMS-MADSbox在A3017的育性转换关键时期(花粉发育的单核期~二核期)呈上调表达,且在不育条件下的表达量高于同时期可育条件下的表达量;TaMS-MADSbox在三种K型不育系幼穗中的表达量高于在其保持系中的表达量。表明该基因与小麦温敏雄性不育系的育性转换相关,该基因在育性转换关键时期的大量表达与其不育性密切相关。 采用BSMV-VIGS技术,在可育温度条件下,有效地沉默了TaMS-MADSbox在A3017穗部的表达。沉默植株出现部分花药瘦小、不开裂等不育性状,自交结实率降低。其中植株A3017-M-4自交结实率为0,表现完全雄性不育。RT-qPCR检测结果表明,随着该基因的沉默程度的加深,植株自交结实率也相应降低。综上分析表明,该基因的适量表达对小麦雄性不育系的育性非常关键,过高或过低的表达都会导致其雄性育性的降低。 2 TaG3BP在育性转换中的功能分析 采用RACE技术从A3017中克隆了TaG3BP的全长cDNA序列。序列分析表明该基因在A3017中存在1,311 bp和1,308 bp两个拷贝,分别命名为TaG3BP1和TaG3BP2(GenBank登录号:JF830798和JF830800),分别编码436或435个氨基酸。序列分析表明该基因具有Ras-GTPase激活蛋白(G3BP)的典型结构域NTF2和RRM。根据获得的全长cDNA序列设计引物,在A3017中分离了TaG3BP1和TaG3BP2的完整基因组DNA序列(GenBank登录号:JF830799和JF830801)。基因组DNA与cDNA序列的比对分析表明该基因两种拷贝中均含有9个外显子和8个内含子,同一拷贝的外显子与cDNA编码区完全重叠。两种拷贝间在内含子区域有较大的差异,编码区无明显差异。采用GenomeWalker技术在A3017中获得了该基因814bp的5′侧翼序列,分析表明该序列具有启动子的典型结构及多个顺式调控元件。进一步在上述三种K型不育系及其保持系中分离了该基因的全长cDNA、基因组DNA及5′侧翼序列。序列多重比对分析表明,在不同试验材料间该基因同一拷贝的序列存在多处单碱基差异,但对编码蛋白无显著影响。 RT-qPCR分析表明,TaG3BP在YS型小麦温敏雄性不育系A3017的育性转换关键时期(花粉发育的单核期~二核期)呈上调表达,且在可育条件下的表达量高于同时期不育条件下的表达量。该基因在三种K型不育系幼穗中的表达量低于在其保持系中的表达量。表明该基因与小麦温敏雄性不育系的育性转换相关,该基因在可育条件下的大量表达可能具有修复细胞质雄性不育系花药发育中的基因表达缺陷的作用,进而引起育性的恢复。 利用原核表达载体系统成功诱导了TaG3BP编码蛋白的表达,并制备了该蛋白的多克隆抗体Anti-TaG3BP。以Anti-Beta-Actin (Rabbit) (Biosynthesis, Beijing, China)为内参抗体,通过Western blot分析该基因编码蛋白的表达模式,结果表明在两种育性条件下,A3017小孢子各发育时期的花药中均检测到了约50-kDa的目标蛋白条带,TaG3BP的编码蛋白在可育条件下各时期花药中的表达量均高于同时期不育条件下的表达量,而且该基因的编码蛋白在A3017育性转换的关键时期(单~二核期)呈上调表达。 采用BSMV-VIGS技术,在可育条件下,使TaG3BP在YS型小麦温敏雄性不育系A3017的穗部表达得到了有效沉默。沉默植株出现部分花药瘦小,不开裂等不育性状,自交结实率降低。其中植株A3017-G-1自交结实率相对于对照植株显著降低。 综上分析表明,该基因的上调表达对小麦温敏雄性不育系的育性恢复有重要作用,TaG3BP可能是育性转换中的重要调控基因。这也是首次对植物中的G3BP基因的功能分析。 3小麦穗部BSMV-VIGS技术体系的初步建立 本研究中通过对植株叶片的持续侵染,在可育条件下,在YS型小麦温敏雄性不育系A3017穗部实现了TaMS-MADSbox及TaG3BP的有效沉默。不仅在叶片部位观察到病毒侵染的表型,而且RT-qPCR分析表明其在穗部花药中的表达明显降低。初步建立了在小麦穗部特异表达基因功能研究的BSMV-VIGS技术体系,拓宽了该技术在植物基因功能研究中的应用。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 邵圣才,刘辉;棉花温敏雄性不育两用系研究与利用[J];中国棉花;2000年12期
2 邓祚荣,肖纪新;长江中下游气候与水稻温敏雄性不育[J];中国农学通报;2001年05期
3 陶兴林;胡立敏;侯栋;朱惠霞;;花椰菜温敏雄性不育系GS-19的选育[J];农业科技通讯;2010年11期
4 余筱南,陈金湘,李瑞莲,刘爱玉,贾大勇,唐海明,周仲华;棉花温敏雄性不育系的选育与应用研究简报[J];棉花学报;2003年06期
5 周仲华;朱四元;陈金湘;;棉花温敏雄性不育与膜脂过氧化的关系研究[J];江西农业大学学报;2007年04期
6 邵双;郭晓雷;关丽杰;李海燕;冯辉;;大白菜雄性不育系的育性温敏特性[J];安徽农业科学;2008年04期
7 张少丽;张鲁刚;张玉;万恩梅;惠麦侠;张明科;;大白菜温敏雄性不育系育性转化相关基因的cDNA-AFLP分析[J];西北植物学报;2008年04期
8 王利民;党占海;张建平;;温敏型亚麻雄性不育系育性相关基因的RAPD初探[J];西北农业学报;2009年01期
9 唐海明,余筱南,陈金湘,刘爱玉,李瑞莲,朱四元,徐一兰;棉花温敏雄性不育系特棉S-1的利用[J];湖南农业大学学报(自然科学版);2005年05期
10 李轲;周菊红;何蓓如;胡银岗;;YS型小麦温敏雄性不育系育性控制遗传模型的初步分析[J];麦类作物学报;2009年05期
11 周菊红;李轲;何蓓如;胡银岗;;YM型小麦温敏雄性不育系ATM3314育性遗传研究[J];西北农业学报;2010年08期
12 周仲华;陈金湘;刘爱玉;李瑞莲;刘海荷;朱四元;;棉花温敏雄性不育系特棉S-1的形态学和细胞学特征研究[J];棉花学报;2008年06期
13 李红燕;周琳璘;何蓓如;胡银岗;;小麦温敏雄性不育系YM3314育性转换相关基因分析[J];西北植物学报;2009年11期
14 王利民;党占海;张建平;田彩萍;关天霞;;温敏雄性不育亚麻在云南的育性表现及温敏特性研究[J];西北农业学报;2006年04期
15 刘志;刘少卿;余筱南;陈金湘;;特棉S-1雄性不育发生的细胞学基础及可育花粉对温度的反应[J];湖南农业大学学报(自然科学版);2007年04期
16 傅大雄,阮仁武;KM型核质互作光、温敏雄性不育的发现与两系法杂交小麦的拓建[J];西南农业学报;1993年01期
17 胡立敏;陶兴林;侯栋;朱惠霞;;花椰菜温敏雄性不育系的育性表现研究[J];北方园艺;2010年10期
18 周琳璘;宋国琦;李红燕;胡银岗;何蓓如;;小麦雄性不育育性转换相关基因TaG3BP的克隆与表达分析[J];作物学报;2010年10期
19 ;棉花专家陈金湘[J];湖南农业;2003年22期
20 周琳璘;宋国琦;李红燕;胡银岗;何蓓如;;一个与小麦雄性不育育性转换相关的MADS-box转录因子基因[J];作物学报;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 李轲;周菊红;何蓓如;胡银岗;;YS型小麦温敏雄性不育系育性控制的主基因-多基因遗传模型分析[A];2008中国作物学会学术年会论文摘要集[C];2008年
2 杨晓云;;蔬菜温敏雄性不育的研究进展[A];中国园艺学会首届青年学术讨论会论文集[C];1994年
3 余筱南;刘爱玉;朱君华;;棉花温敏雄性不育系——特棉S-1育性转换的时空分布[A];中国棉花学会2004年年会论文汇编[C];2004年
4 宋喜悦;马翎健;胡银岗;李宏斌;何蓓如;;YS型小麦温敏不育系A3314的细胞学研究[A];中国作物学会2007年学术年会论文集[C];2007年
5 陶兴林;胡立敏;朱惠霞;;花椰菜环境敏感型雄性不育系的育性转换研究[A];中国十字花科蔬菜研究进展 2009——中国园艺学会十字花科分会第七届学术研讨会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 周琳璘;TaMS-MADSbox和TaG3BP基因在小麦温敏雄性不育系育性转换中的功能分析[D];西北农林科技大学;2011年
2 唐忠辉;小麦温敏雄性不育系BS366不育机理探讨[D];华中农业大学;2011年
3 罗越华;水稻反向温敏雄性不育机制的研究[D];海南大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 付庆云;BNS型温敏雄性不育小麦不育与转换系的差异蛋白分析[D];河南科技学院;2010年
2 郭英芬;甘蓝型油菜温敏雄性不育系SP2S的研究[D];西北农林科技大学;2012年
3 梁聪耀;番茄温敏雄性不育系T-4的生理生化特性研究[D];广西大学;2011年
4 马骅;茉莉酸甲酯(MeJA)诱导光温敏雄性不育小麦花药开裂的研究[D];内蒙古农业大学;2011年
5 李罗江;新型小麦雄性不育系BNS的不育性、温光及遗传特性分析[D];山东农业大学;2009年
6 李慧;小麦温敏雄性不育系BNS及其杂种F_1育性及农艺和产量性状的研究[D];湖南农业大学;2012年
7 肖海峰;YM型小麦雄性不育系KTM3314A育性转换的生理生化机制研究[D];西北农林科技大学;2012年
8 周菊红;YM型小麦温敏不育系ATM3314育性控制的遗传分析及其不育基因位点的QTL定位[D];西北农林科技大学;2010年
9 罗钊;YM型小麦雄性不育系KTM3314A的温敏特性和细胞学研究[D];西北农林科技大学;2010年
10 丁朋辉;三个YS型小麦温敏不育系的温敏特性差异比较及其1Bs染色体SSR标记[D];西北农林科技大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前9条
1 本报记者 贾青芳;创新技术赋予小麦鲜活生命[N];中国特产报;2005年
2 记者 邵文杰;我国杂交小麦育种研究获新成果[N];光明日报;2004年
3 通讯员 支勇平 本报记者 张哲浩;为现代农业做“保健”[N];科技日报;2005年
4 孟西安 王乐文 蒋建科 支勇平;我国杂交小麦育种研究获重大成果[N];人民日报;2004年
5 支勇平 储国强;杂交小麦育种开创新途径[N];农资导报;2004年
6 支勇平;杂交小麦育种研究获重大突破[N];西安日报;2004年
7 记者 陈宗立;甘肃农科院育成世界首个胡麻杂交新品种[N];光明日报;2010年
8 记者 王朝霞 实习生 张建伟;世界首例胡麻杂交种在我省诞生[N];甘肃日报;2010年
9 韩成斌 丁梓;世界首例胡麻杂交种在甘肃诞生[N];农民日报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978