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甘蓝型油菜细胞质雄性不育系NCa的研究

危文亮  
【摘要】:油菜是全世界广泛种植的重要油料作物。细胞质雄性不育系统是油菜杂交种生产中最有利用价值的授粉控制系统。中国的甘蓝型油菜杂交种中约70%含有polima不育细胞质,不育细胞质多样化是当前油菜育种家们的重要课题之一。NCa细胞质雄性不育系是通过远缘杂交核置换获得的。研究表明它与polima、nap不育系有着不同的恢保关系和同工酶谱带,具有重要的理论和育种实践价值。本研究通过大范围的恢保关系测定以及线粒体DNA水平的分子鉴定,明确了NCa不育系是一种新的细胞质不育类型。用细胞解剖学方法观察了NCa败育的超微结构特点;研究了NCa不育系统的育性转录调控模式;对不育系、保持系和育性恢复F_1代不同组织中线粒体基因的表达模式也作了初步研究;通过cDNA-AFLP方法克隆了花粉育性相关的差异表达基因,并对其功能进行了分析。为育种家正确认识和利用NCa不育系提供了详细、有价值的信息。主要研究结果如下: 1.用104个来源不同的甘蓝型油菜品种分别与NCa、pol、nap、ogura等4种不育系进行恢保关系测定。结果表明,NCa不育系与nap、pol、ogura不育系具有明显不同的恢保关系。 2.NCa不育系的花药败育发生于单核花粉晚期。特点是:在四分体时期以前,不育系花药的发育与正常油菜相比没有差异;但单核小孢子在释放出来后仍然能继续发育并形成花粉壁;绒毡层变异的发生、发展落后于单核花粉,具有延迟退化的特性。NCa不育系的花药败育特点明显不同于以前研究过的油菜胞质不育类型(如ogu、pol、nap等)。 3.用54个探针/酶组合进行RFLP分析,结果表明,78%的组合可以在NCa不育系与pol、nap、ogura、tour不育系5个材料间检测到差异带。总共有14个探针/酶组合可以将NCa不育系与pol、nap、ogura、tour不育系的不育胞质区分开。而atp1/EeoR Ⅰ、atp1/Hind Ⅲ、atp6/EcoR Ⅰ、orf139/BamH Ⅰ、orf139/EooR Ⅰ等5个探针/酶组合能将5个不育系的不育胞质两两完全区分开,可以作为鉴定细胞质类型的标记使用。RFLP分析结果证明NCa不育系具有与pol、nap、ogura、tour不育系不同的不育胞质、是新的不育胞质类型。 4.用10个线粒体基因探针对NCa不育系、保持系和可育F_1幼蕾的线粒体RNA进行了northern分析。结果表明,atp6、atp1、cox1、cox2、cob、rrn5S、rrn26S等7个线粒体基因的表达与NCa细胞质雄性不育没有关系。orf222、orf139、atp9基因的表达可能与NCa细胞质雄性不育的形成有关。 5.用10个线粒体基因探针对NCa不育系、保持系和可育F_1的苗期叶片、幼蕾和未成熟种子的总RNA进行northern分析。结果表明,除atp6外,其余9个线粒体基因都属组成型表达线粒体基因,atp6基因的表达可能受细胞核影响、具有组织特异性。 6.以cDNA-AFLP技术对NCa不育系、保持系和可育F1进行育性相关基因的差异表达的研究。对克隆的41条阳性片段测序后,进行序列比对和功能预测,发现有28个TDFs功能已知,其中82%的YOFs与细胞的形态建成和降解(8个)、蛋白质合成、加工和转运(5个)、能量代谢(5个)和信号传导(5个)有关。


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