玉米C型胞质雄性不育候选基因功能的初步分析
发布时间：2021-06-22 10:56
玉米是杂种优势利用中最为普遍的一类作物,而利用雄性不育系是玉米杂种优势利用中简化制种程序、降低制种成本的一种重要手段。但由于玉米C型胞质雄性不育产生的分子机理极其复杂,其不育机制至今尚未明确。本研究对玉米C型胞质雄性不育的候选基因进行了初步的功能分析,主要结论有以下几个方面:1.玉米C型胞质不育系中的atp9、atp6-C及cox2-C均是重组基因,其中atp9基因是非编码区发生重组。不育系中atp6-C基因5’端的39bp与atp9基因5’端的39 bp具有同源性,只在第15个碱基处存在SNP;atp6-C基因中部是由442bp未知来源区域组成;atp6-C基因3′端的764 bp与保持系atp6基因3’端的764bp具有高度同源性,只存在2个SNP。cox2-C基因由三部分组成,第一部分与保持系atp6基因5’端的440bp相同;第二部分是保持系atp6基因与cox2基因上游同源序列的111bp加上cox2基因7bp的特异序列,共118bp;第三部分与cox2基因1577bp具有高度同源性,内含子部分存在2个碱基的差异。atp6-C与cox2-C这两个基因的mRNA均存在C-U的R...
【文章来源】：河南农业大学河南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SPT保持系繁种方式(引自Hondredetal.,2009)
4随着研究的不断深入，SPT技术也被应用到水稻细胞核雄性不育中，邓兴旺等利用SPT技术将花粉绒毡层特异表达的水稻细胞核雄性不育基因OsNP1(OryzasativaNoPollen1)与花粉致死基因和籽粒荧光基因连锁构建SPT保持系表达盒，SPT系自交产生1：1比例的正常可育花粉与不育花粉，约85%的F1单株产量超过了其亲本，比当地最好的品种增产约10%[21]，表明该技术在杂交水稻育种和生产中具有广阔的应用前景。图1-2SPT保持系繁种方式(引自Hondredetal.,2009)Figure1-2SPTmaintainsystemcomplexway图1-3SPT不育系繁种方式(引自Hondredetal.,2009)Figure1-3SPTmalesterilelinepropagationmode1.2.2细胞质雄性不育在杂种优势中的应用细胞质雄性不育采用三系配套法制种(图1-4)，“三系”的关系：不育系=不育系×保持系；保持系=保持系×保持系；恢复系=恢复系×恢复系，不育系与恢复系杂交来生产杂交种子。在细胞质雄性不育
5的三系中只有不育系是没有花粉的，需要通过保持系来保持它的不育性，恢复系杂交其育性恢复。图1-4三系法配套的基本原理Figure1-4Threelinemethod早在上世纪30-70年代，玉米的T型胞质雄性不育在美国玉米种子生产中得到了广泛应用，一度占美国玉米杂交种子总量的80%以上。然而，由于T型不育胞质高感玉米小斑病T小种，导致玉米杂交种产量严重降低，给美国玉米生产造成了巨大损失，最终被迫终止使用[22-23]。S型胞质不育属于配子体型雄性不育，由于受环境和核基因背景的影响导致花粉败育不完全，其不育性稳定性较差，在利用过程中需要选择较好的不育胞质类型[24]。C型胞质不育属于孢子体不育[25]，其不育性比较稳定，魏建昆曾经报道在四川雅安发现了玉米小斑病C小种[26]，引起了育种工作者的极大关注。但是后来研究发现C小种只对CI亚组专化感染，而对CII和CIII亚组没有专化感染[27-28]。因此，C型胞质雄性不育近年来受到研究者的广泛关注。1.3细胞质雄性不育的分子机理1.3.1线粒体与雄性不育线粒体是细胞内氧化磷酸化和合成三磷酸腺苷(ATP)的主要场所，它为细胞活动提供必需的能量，因此被称为“细胞动力工厂”。植物线粒体基因组比动物、真菌的线粒体基因组大，且不同植物物种间线粒体基因组大小相差也很大，从120到2700kb不等。至今为止，研究者还没有发现任何两个物种中导致细胞质雄性不育的基因是一致的，也就是说线粒体基因组发生突变具有低频率、不正常重组和非同源末端连接活性的特点[29-30]。拟南芥和苔类植物线粒体基因组测序的结果说明高等植物线粒体基因组具有高度可变性，这主要是由高度的基因重组和外源基因的整合引起的。在几乎所有的高等植物线粒体基因组中均存在重组引起的不同程度的重复序列[31]。线粒体内膜上含
【参考文献】：
期刊论文
[1]水稻红莲型不育系雄性配子发育过程中线粒体功能基因转录本的编辑位点研究[J]. 孔进,谭艳平,陈祖玉,李绍清,朱英国. 武汉植物学研究. 2006(02)
[2]红莲型细胞质雄性不育水稻线粒体atp6基因转录本的编辑位点研究[J]. 易平,汪莉,孙清萍,朱英国. 生物化学与生物物理进展. 2002(05)
[3]我国玉米雄性不育应用类型划分、作用及生产应用情况分析[J]. 李方明,司智成,刘波,杨雨明,郑弢. 杂粮作物. 2002(01)
[4]玉米C型胞质不育恢复主基因SSR标记[J]. 汤继华,刘宗华,陈伟程,胡彦民,季洪强,季良越. 中国农业科学. 2001(06)
[5]核编码的育性恢复基因[J]. 徐秉芳. 植物生理学通讯. 2000(06)
[6]玉米雄性不育基因的利用[J]. 邓迎海,周洪生. 玉米科学. 1998(02)
[7]玉米雄性不育节养增产技术研究[J]. 刘春增,郭永才,关国志,司智成,鲁宝良. 辽宁农业科学. 1996(03)
[8]玉米C群不同亚群雄性不育胞质对小斑病（Bipolaris maydis）C小种侵染的病理反应研究[J]. 李大良,陈伟程,罗福和,季良越,刘克明,苏海,马春红. 玉米科学. 1995(04)
[9]植物雄性不育的遗传机制探讨[J]. 刘忠松,官春云. 大自然探索. 1995(01)
[10]玉米C群不同亚群雄性不育细胞质对玉米小斑病菌C小种侵染的反应[J]. 刘克明,苏海,崔洋,马春红,陈伟程,李大良. 中国农业科学. 1991(04)
博士论文
[1]玉米雄性不育基因MALE STERILE33的克隆和功能分析[D]. 张磊.中国农业大学 2016
本文编号：3242711
【文章来源】：河南农业大学河南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SPT保持系繁种方式(引自Hondredetal.,2009)
4随着研究的不断深入，SPT技术也被应用到水稻细胞核雄性不育中，邓兴旺等利用SPT技术将花粉绒毡层特异表达的水稻细胞核雄性不育基因OsNP1(OryzasativaNoPollen1)与花粉致死基因和籽粒荧光基因连锁构建SPT保持系表达盒，SPT系自交产生1：1比例的正常可育花粉与不育花粉，约85%的F1单株产量超过了其亲本，比当地最好的品种增产约10%[21]，表明该技术在杂交水稻育种和生产中具有广阔的应用前景。图1-2SPT保持系繁种方式(引自Hondredetal.,2009)Figure1-2SPTmaintainsystemcomplexway图1-3SPT不育系繁种方式(引自Hondredetal.,2009)Figure1-3SPTmalesterilelinepropagationmode1.2.2细胞质雄性不育在杂种优势中的应用细胞质雄性不育采用三系配套法制种(图1-4)，“三系”的关系：不育系=不育系×保持系；保持系=保持系×保持系；恢复系=恢复系×恢复系，不育系与恢复系杂交来生产杂交种子。在细胞质雄性不育
5的三系中只有不育系是没有花粉的，需要通过保持系来保持它的不育性，恢复系杂交其育性恢复。图1-4三系法配套的基本原理Figure1-4Threelinemethod早在上世纪30-70年代，玉米的T型胞质雄性不育在美国玉米种子生产中得到了广泛应用，一度占美国玉米杂交种子总量的80%以上。然而，由于T型不育胞质高感玉米小斑病T小种，导致玉米杂交种产量严重降低，给美国玉米生产造成了巨大损失，最终被迫终止使用[22-23]。S型胞质不育属于配子体型雄性不育，由于受环境和核基因背景的影响导致花粉败育不完全，其不育性稳定性较差，在利用过程中需要选择较好的不育胞质类型[24]。C型胞质不育属于孢子体不育[25]，其不育性比较稳定，魏建昆曾经报道在四川雅安发现了玉米小斑病C小种[26]，引起了育种工作者的极大关注。但是后来研究发现C小种只对CI亚组专化感染，而对CII和CIII亚组没有专化感染[27-28]。因此，C型胞质雄性不育近年来受到研究者的广泛关注。1.3细胞质雄性不育的分子机理1.3.1线粒体与雄性不育线粒体是细胞内氧化磷酸化和合成三磷酸腺苷(ATP)的主要场所，它为细胞活动提供必需的能量，因此被称为“细胞动力工厂”。植物线粒体基因组比动物、真菌的线粒体基因组大，且不同植物物种间线粒体基因组大小相差也很大，从120到2700kb不等。至今为止，研究者还没有发现任何两个物种中导致细胞质雄性不育的基因是一致的，也就是说线粒体基因组发生突变具有低频率、不正常重组和非同源末端连接活性的特点[29-30]。拟南芥和苔类植物线粒体基因组测序的结果说明高等植物线粒体基因组具有高度可变性，这主要是由高度的基因重组和外源基因的整合引起的。在几乎所有的高等植物线粒体基因组中均存在重组引起的不同程度的重复序列[31]。线粒体内膜上含
【参考文献】：
期刊论文
[1]水稻红莲型不育系雄性配子发育过程中线粒体功能基因转录本的编辑位点研究[J]. 孔进,谭艳平,陈祖玉,李绍清,朱英国. 武汉植物学研究. 2006(02)
[2]红莲型细胞质雄性不育水稻线粒体atp6基因转录本的编辑位点研究[J]. 易平,汪莉,孙清萍,朱英国. 生物化学与生物物理进展. 2002(05)
[3]我国玉米雄性不育应用类型划分、作用及生产应用情况分析[J]. 李方明,司智成,刘波,杨雨明,郑弢. 杂粮作物. 2002(01)
[4]玉米C型胞质不育恢复主基因SSR标记[J]. 汤继华,刘宗华,陈伟程,胡彦民,季洪强,季良越. 中国农业科学. 2001(06)
[5]核编码的育性恢复基因[J]. 徐秉芳. 植物生理学通讯. 2000(06)
[6]玉米雄性不育基因的利用[J]. 邓迎海,周洪生. 玉米科学. 1998(02)
[7]玉米雄性不育节养增产技术研究[J]. 刘春增,郭永才,关国志,司智成,鲁宝良. 辽宁农业科学. 1996(03)
[8]玉米C群不同亚群雄性不育胞质对小斑病（Bipolaris maydis）C小种侵染的病理反应研究[J]. 李大良,陈伟程,罗福和,季良越,刘克明,苏海,马春红. 玉米科学. 1995(04)
[9]植物雄性不育的遗传机制探讨[J]. 刘忠松,官春云. 大自然探索. 1995(01)
[10]玉米C群不同亚群雄性不育细胞质对玉米小斑病菌C小种侵染的反应[J]. 刘克明,苏海,崔洋,马春红,陈伟程,李大良. 中国农业科学. 1991(04)
博士论文
[1]玉米雄性不育基因MALE STERILE33的克隆和功能分析[D]. 张磊.中国农业大学 2016
本文编号：3242711
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