基于iTRAQ蛋白质组学方法研究K型温敏雄性不育小麦KTM3315A的育性转换分子机理

发布时间：2020-04-10 12:14

【摘要】：小麦是世界上主要的粮食作物之一,小麦的品质和产量与世界人口息息相关。而小麦杂种优势是提高小麦产量的重要途径,其中,研究最多的是细胞质雄性不育。K型细胞质雄性不育系是基于粘果山羊草(Aegilops kotschyi)细胞质开发出的一种两系杂交系统,KTM3315A属于温敏细胞质雄性不育材料,具有完全雄性不育,可用于正常小麦生长期间生产杂交小麦种子,而它可以经高温自花授粉。利用温敏雄性不育系,实现繁殖、制种的一系两用,两系杂交系统在杂交育种中具有重要的生产应用价值,但是其育性转变的机理有待进一步的研究。本实验利用K型温敏雄性不育小麦KTM3315A为实验材料,对其在不同育性条件下花药的形态特征及细胞学观察;同时对其花药进行iTRAQ蛋白质组的测序分析,利用生物信息学比较可育与不育条件下蛋白质的差异,找出与育性转换相关的蛋白质,以及相关的一些代谢途径;另外还挑选了一些不同发育时期的差异富集蛋白进行了qRT-PCR的测定及花药中可溶性糖的变化的测定,获得的主要结果如下:1.花药的形态特征及小孢子的细胞学观察,在不育条件下,K型温敏细胞质雄性不育小麦KTM3315A在花药发育过程中表现异常,在花药发育的三核期花药不开裂,不能散出花粉,在可育条件下则可以开裂和散出花粉。小孢子的细胞学观察情况,结果显示,可育系的花药表皮细胞均明显大于不育花药的细胞,可育花药明显更饱满,不育系的花药外壁排列紊乱,花药顶端不开裂;不育系三核期的小孢子畸形和皱缩。由此推测高温处理条件下能够保证花药及小孢子的正常发育。2.对KTM3315A不同育性条件下的样品进行蛋白组的测序,总共获得超过186,000波谱,11,292肽段,对不同样品中的蛋白质进行差异富集比较和分析,根据测得样品中蛋白质的富集情况,分析得到4639个差异蛋白。对所测得的差异蛋白进行富集分类及功能注释,获得许多在不同时期增加或者降低的差异富集蛋白,差异富集蛋白的功能分类富集分析表明,差异富集蛋白主要集中在能量代谢,蛋白的合成与降解及花粉外壁的形成等途径。三个时期的差异蛋白均有相似的富集分析,这些差异蛋白及代谢途径在育性转换过程中具有重要的作用,为更深入的研究温敏细胞质雄性不育的育性转换机理提供了依据。3.为了评估mRNA和蛋白水平的相关性,我们对所选择的差异富集蛋白采用实时定量PCR(qRT-PCR)确认其转录水平,发现有些差异富集蛋白的定量结果与其测序结果具有相似的表达趋势,定量结果与其测序结果仅有部分相一致,这些差异蛋白在不同时期表达量的变化可能是在小麦KTM3315A育性转变过程中起着重要的作用。
【图文】：

图 2-1 不同育性条件下 KTM3315A 植株表型特征（A-E, 可育；F-J, 不育）（A, F）四分体时期；（B, G）单核早期；（C, H）单核晚期；（D, I）二核期；（F, J）三核期Figure 2-1 Morphology of the KTM3315A in fertile(A to E)and sterile(F to J)wheat plant.A,F: tetrad stage; B,G: early uninucleate stage; C,H: late uninucleate stage; D,I: binucleate stage; F,J:trinucleate stage2.3.2 花药的表型特征观察根据以前研究者对花药发育的细胞学研究情况及不同时期的观察（Meng etal.2016），本实验我们把小麦 KTM315A 花药发育时期分为五个时期（四分体时期，单核早期，单核晚期，二核期，三核期）。对不同时期的 AS 和 AF 进行拍照观察比较发现，在花药发育的最初几个阶段 AS 和 AF 的花药都表现正常的发育，在花药表型上基本没有差别（图 2-2A-D,G-J）。但是，当花药发育到三核期时，可育植株的花药明显呈现亮黄色，花药饱满，花药顶端开裂，而不育植株花药的颜色较浅，花药干瘪，，花药明显不开裂，花药顶端呈现锥形，下端略有分叉（图 2-2 E-F,K-L）,不育植株的花药成熟时不

图 2-2 在可育与不育条件下 KTM3315A 小麦花药形态的比较（A-F, 可育；G-L, 不育）(A, G) 四分体时期; (B, H) 单核早期; (C, I) 单核晚期; (D, J) 二核期; (E F, K L) 三核期. 标尺 500微米 (A-F, G-L)Figure 2-2. Comparison of plant anthers in sterile/fertile conditions (AF: A F; AS: G L).(A, G) Tetrad stage; (B, H) early uninucleate stage; (C, I) later uninucleate stage; (D, J) binucleate stage;and (E F, K L) trinucleate stage. Scale bars are 500 um (A-F and G-L).图 2-3 花粉粒的 I2 KI 染色比较（A,可育花粉粒；B,不育花粉粒）。标尺 50 微米 (A, B)
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S512.1

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 胡骏;黄文超;朱仁山;李绍清;朱英国;;水稻雄性不育与杂种优势的利用[J];武汉大学学报(理学版);2013年01期

2 姜耀辉;孙本友;;对小麦杂种优势研究方法的探讨[J];中小企业管理与科技(上旬刊);2011年04期

3 张建奎;董静;宗学凤;余国东;李伯群;戴秀梅;阮仁武;;温光敏核雄性不育小麦雄性败育的细胞学观察[J];植物遗传资源学报;2009年03期

4 邢朝柱;靖深蓉;邢以华;;中国棉花杂种优势利用研究回顾和展望[J];棉花学报;2007年05期

5 张立平;赵昌平;单福华;张风廷;叶志杰;;小麦光温敏雄性不育系BS210育性的主基因+多基因混合遗传分析[J];作物学报;2007年09期

6 李冰;申书兴;陈雪平;王彦华;张成合;;茄子雄性不育系苗期植株生长特性与光合作用的研究[J];河北农业大学学报;2006年06期

7 程旭东,孙东发,荣德福;新型光温敏小麦不育系337S的组织结构研究[J];武汉植物学研究;2004年06期

8 滕文涛,曹靖生,陈彦惠,刘向辉,景希强,张发军,李建生;十年来中国玉米杂种优势群及其模式变化的分析[J];中国农业科学;2004年12期

9 刘宏伟,张改生,王军卫,王小利,方振武;化学杂交剂SQ-1诱导小麦雄性不育及与不同小麦品种互作效应的研究[J];西北农林科技大学学报(自然科学版);2003年04期

10 杜伟莉,张改生,刘宏伟,王军卫,王小利;粘类小麦雄性不育系研究进展[J];陕西农业科学;2002年04期

相关会议论文 前1条

1 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

相关硕士学位论文 前1条

1 孙文鑫;小麦K型细胞质雄性不育育性恢复基因的标记定位和效应分析[D];河南农业大学;2011年

本文编号：2622213