玉米CMS-S恢复基因Rf10精细定位及其与主要恢复基因Rf3间聚合效应分析

发布时间：2020-06-27 21:30

【摘要】：从2009年起,玉米的种植面积已经超过水稻,成为种植面积最大的作物。在水稻、油菜、高粱等作物中,利用杂种优势是提高产量的重要途径之一。玉米是一种很早应用CMS/Rf体系进行杂交育种的作物,杂种优势的利用大幅度提高了玉米单产。S型CMS是三类细胞质雄性不育类最大的一组,其育性恢复基因还未克隆,其机理也不清楚,所以对玉米CMS-S育性恢复基因的精细定位和克隆并阐明其作用机理可以加速其在杂种优势中利用的步伐。实验室前期通过全基因组关联分析发现,CMS-S育性恢复机制十分复杂,由多个主效和微效位点控制。本研究利用遗传连锁群体结合BSR-Seq技术,对其中一个位点进行精细定位,并对其与主要恢复基因Rf3间的互作进行了分析。主要结果如下:1.利用BC1群体中一个可育单株构建的BC2/BC3群体进行了育性观察。该群体武汉春播田间有两种类型的表型:花药外露且部分散粉和花药完全不外露;秋季田间育性表现有花药外露不散粉和花药完全不外露。通过卡方检验符合1:1分离,说明该群体中CMS-S育性恢复由单个基因控制,育性表现结合分子标记分析发现该位点是一个新的恢复基因位点,命名为Rf10。2.用一个BC2群体进行了恢复基因初定位分析。利用BSA法筛选到6个SSR标记,对该BC2群体所有单株进行了基因型分析并构建了局部连锁图,初步将Rf10定位于chr3上a143-M326两个标记之间,遗传距离为10.1cM。随机筛选不育和可育株的雄穗各30株,进行BSR-Seq分析,与育性关联的SNP标记定位结果与初定位结果一致。3.根据BSR-Seq分析提供的SNP信息,在初定位区间内设计SNP标记对BC3/BC4群体进行重组单株筛选,开展精细定位,最终将该基因定位在1.7Mb范围内,该区段内包含37个基因。另外,利用BSR-Seq结果对精细定位区段内的基因进行了差异表达分析,筛选部分基因进行了qPCR验证,最后确定了一个候选基因,该基因编码一个RING-Ubox超家族蛋白。4.CMS-S背景下纯合的Rf10的花粉育性约50%-60%,与携带Rf3的恢复系杂交构建的F_2群体花粉育性调查发现,Rf10与Rf3间具有显著的聚合效应,使杂交种的花粉育性能够提高到60%以上。本研究发现,Rf10能使CMS-S的花药恢复外露,但其恢复散粉的能力与环境条件有关,武汉春播条件下能够散粉,而武汉秋播条件下完全不散粉,并且该基因与主要恢复基因Rf3不连锁,与Rf3聚合能够显著提高杂种花粉的育性。因此对该基因的进一步开展遗传研究有利于丰富玉米CMS-S育性恢复的理论并可为该基因在杂种生产上的利用提供参考。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S513
【图文】：

互作用,线粒体,育性恢复,玉米

除 PPR 基因外，目前克隆的恢复基因还有编码 GFP 蛋白家族蛋白、乙醛脱氢酶和载酰蛋白合成酶（Cui et al 1996; Fujii et al 2007; Itabashi et al 2011）等。这些基因的功能与 PPR 恢复基因间的关系未知，需要进一步研究。1.4 玉米细胞质雄性不育分类迄今为止，全球范围内共发现 100 多种细胞质雄性不育材料。根据育性恢复的专效性原理，玉米 28 个来源不同的 CMS 材料可划分为 T（Texas），C（Chrarrua），和 S（USDA）三种类型（Beckett et al 1971）。郑用琏（1982）通过广泛测交建立了一套国内自有的玉米雄性不育胞质分类体系，并将若干玉米 CMS 材料进行了胞质分类。其中 CMS-T 和 CMS-C 属于孢子体不育，败育彻底且育性稳定，CMS-S 属于配子体不育，育性多表现为不稳定现象。近年来，不同类型的玉米 CMS 不育基因和育性恢复基因研究都取得了较大进展，为 CMS 不育和育性恢复遗传机制的解析奠定了基础。

可育,单株,表型,花药

华中农业大学 2019 届硕士研究生学位（毕业）论文3 结果与分析3.1 田间表型和花粉育性调查CMS-S 背景下 Rf10 纯合材料在华中农业大学试验基地春季播种，该群体可育单株花药正常外露，少量散粉，散粉等级为 1，少数等级为 2，不育单株花药完全不外露和散粉。在秋季播种，该群体花药也正常外露，但是基本不散粉，散粉等级为 0，不育单株花药完全不外露和散粉（图 2）。

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