“蓝标型”小麦核雄性不育材料籽粒颜色和育性相关候选基因的筛选与初步鉴定

发布时间：2020-05-01 14:13

【摘要】：蓝标型小麦雄性不育系、两用系是由我国学者黄寿松等利用小麦品种72180和小偃六号杂交后代中发现的雄性不育材料与李振声等选育出的蓝粒小麦进行人工杂交后选育出的材料,其两用系可实现一系两用,解决了核型雄性不育难保持的问题。为了探索蓝标型小麦雄性不育系、两用系育性和种子颜色差异的机制,本研究以蓝标型小麦雄性不育系、两用系植株为材料,利用半薄切片技术、超薄切片技术、高通量转录组测序技术以及荧光定量技术等对两种材料育性、种子颜色差异机理进行了初步研究。得到如下结果:1.从表型及细胞学观察结果来看:蓝标型小麦雄性不育系、两用系植株形态并无明显差异,但是到开花期时,两者表现出明显的育性差异。半薄切片染色观察和透射电镜观察对比发现,不育系单核早期花药中绒毡层细胞已开始降解,而两用系花药绒毡层细胞则形态完好,最终在三核期,两用系花药中小孢子发育正常而不育系花药中未能形成成熟的小孢子。由此推测,不育系败育可能是绒毡层提前降解造成的,并且败育的关键时期可能为单核早期。2.转录组测序数据经过统计分析验证其质量良好。富集性分析发现,两样本中差异表达基因在苯丙烷类生物合成、苯丙氨酸代谢和氮代谢通路中富集程度较高,因此这三个生物合成和代谢过程可能与两样本育性和蓝粒性状的差异有关。进一步地,通过GO分析以及转录因子家族筛选共获得71个花色素相关差异表达基因,通过KEGG分析筛选到4个花色素苷生物合成通路上的结构基因。通过GO分析获得36个育性相关差异表达基因,在此基础上通过上下调表达模式筛选出了9个育性相关差异基因。3.同源性分析发现,有三个分别来自MYB、bHLH、WDR转录因子家族的基因与玉米等作物中花青素合成关键调控基因具有高同源性。荧光定量结果表明,这三个花色素相关基因在两用系样品中表达量高于在不育系样品中表达量,因此推测它们可能参与蓝色籽粒植株中花青素合成调控。荧光定量分析结果显示,筛选到的9个育性相关基因中注释为“MS1”和“CDC48A”的两个基因在两样品种的表达量差异极显著,因此这两个基因可作为育性恢复基因的候选基因。PCR鉴定结果表明两个候选基因中只有注释为“MS1”的基因存在于长穗偃麦草基因组中,并且长穗偃麦草中的MS1基因(TpMS1)具有与小麦MS1基因相似的表达特异性和蛋白结构,因此推测TpMS1基因可能为育性恢复关键基因。克隆不育系、两用系样品中的MS1基因,测序后比对发现,两用系样品中有两种核苷酸序列不同的MS1基因序列,其中一种与不育系样品中MS1基因序列一致,与已公布的小麦MS1基因在第一个外显子上具有一个碱基的差异,另一种与长穗偃麦草中的MS1基因序列一致。因此推测MS1基因突变是不育系植株败育的原因。但是要证明MS1和TpMS1基因与不育系、两用系间育性差异的关系,仍需要进一步实验验证。
【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】：2019
【分类号】：S512.1

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本文编号：2646729