两个水稻细胞核雄性不育基因的图位克隆
发布时间：2021-11-11 09:33
水稻花药角质层和蜡质层是花粉囊发育重要的结构支撑和安全屏障。本文针对两个来自中恢801560Co-γ辐射诱变突变体库中的无花粉型雄性不育突变体whf41和whf34进行了表型分析和基因精细定位,为进一步克隆这两个核雄性不育基因并研究其调控水稻花粉发育的分子机理提供理论基础。主要结果如下:1、突变体whf41花药瘦小且呈透明乳白色,成熟期花药中不包含花粉粒。花药半薄切片观察结果显示,whf41小孢子无法形成正常的花粉外壁、绒毡层细胞异常膨大而不进行正常的程序性死亡（Programmed Cell Death,PCD）,最终膨胀的绒毡层和花粉细胞碎片逐渐融合并充满药室;扫描电镜结果进一步发现突变体花药内外壁均呈平滑状而缺乏脂类物质,花粉细胞逐渐破碎并降解。通过遗传分析,认为whf41突变体的无花粉型雄性不育性状是由一对隐性核基因控制,我们将该基因精细定位于3号染色体短臂上的XD-5和XD-11这两个标记之间,物理距离45.6Kb,这其中包含9个开放阅读框（Open Reading Frame,ORF）。序列分析显示该区间内一个细胞色素P450基因LOCO
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水稻和拟南芥中花粉壁组成物质的生物合成途径(Shietal.,2015a)
图 1.2 花药的花粉壁组成物质的沉积的推测模型(Shi et al., 2015a)Fig. 1.2 Proposed model for the localization of pollenwall components within anther tissues.1.2.5 含油层的形成过程及其相关基因花粉壁形成过程中在质膜和花粉内壁之间形成了空隙，这个缝隙被一层较厚的疏水性脂类和蛋白质物质覆盖，这层物质被称为含油层。这些疏水性物质主要包括一些复杂的脂质、蜡酯、黄酮类化合物，羟基肉桂亚腈代谢物等物质(Jessen et al., 2011; Quilichini et al., 2014a)。含油层主要作用体现在防止花粉失水，从而在花粉与柱头识别以及粘连方面起促进作用。因为技术的限制，已经被发掘出的含油层形成相关基因不多，水稻中还未有该类基因的发现，但在拟南芥中根据含油层内的成分物质可知长链脂肪酸的合成和转运基因对于含油层的合成还是必要的。拟南芥中，CER1(Aarts et al., 1995)，CER3/FLP1(Ariizumi et al., 2003)和 3 个 CER2(Haslam et al., 2015)类似基因以及长链酰基辅酶 A 合成酶基因 LACS1、LACS4(Jessen et al., 2011)这些基因的突变引起含油层以及花粉外壁合成不正常。磷酸丝氨酸磷酸酶催化丝氨酸合成途径中的磷酸化途径最后一步，PSP(Phosphoserine Phosphatase)作为编码磷酸丝氨酸磷酸酶的基因，该基因突变的突变体中花粉没有含油层，但外壁正常(Florestornero et al., 2015) 。
图 2.1 野生型中恢 8015(WT)与突变体 whf41 的表型分析Fig. 2.1 Phenotypic comparison of wild type Zhonghui 8015 and the whf41 mutant.A-野生型中恢 8015 和 whf41 突变体去除内稃外的颖花形态；B-野生型和突变体 whf41 花药表型；C-野生型和突变体 whf41 花药压片；D-中恢 8015 野生型和突变体 whf41 花粉镜检2.2.2 花药半薄切片分析野生型和突变体在花药发育过程中的细胞学差异主要通过花药半薄横切来实现。张大兵等(Zhang et al., 2009)将花药发育过程详细地划分为 14 个时期。据此，通过对野生型中恢 8015 和whf41 突变体不同发育时期的花药通过半薄切片进行观察，发现：whf41 突变体的花药小孢子母细胞的发育形态在 stage1-8 时期与野生型相比而言，均无显著差异，突变体花粉母细胞也可以进行正常的减数分裂并形成形状规则的四分体(图 2.2 A、F)。但在第 9 时期，野生型小孢子细胞(花粉粒)从四分体中分离，绒毡层浓缩且染色加深，中间层逐渐消失不见(图 2.2 B)；然而在此时期的 whf41 突变体花药中，小孢子细胞(花粉粒)虽正常分离，但绒毡层浓缩不明显(图 2.2 G)。到第10 时期，野生型小孢子细胞(花粉粒)逐渐由液泡化形态转变成去液泡化状态，花粉外壁形成，绒毡层继续降解(图 2.2 C)；而突变体 whf41 花药内小孢子细胞(花粉粒)并未发生液泡化，呈现的形
【参考文献】：
期刊论文
[1]K-Domain Splicing Factor OsMADS1 Regulates Open Hull Male Sterility in Rice[J]. SUN Lian-ping,ZHANG Ying-xin,ZHANG Pei-pei,YANG Zheng-fu,ZHAN Xiao-deng,SHEN Xi-hong,ZHANG Zhen-hua,HU Xia,XUAN Dan-dan,WU Wei-xun,LI Zi-he,CAO Li-yong,CHENG Shi-hua. Rice Science. 2015(05)
[2]PECTATE LYASE-LIKE10 is associated with pollen wall development in Brassica campestris[J]. Jingjing Jiang,Lina Yao,Youjian Yu,Meiling Lv,Ying Miao,Jiashu Cao. Journal of Integrative Plant Biology. 2014(11)
[3]Rice CYP703A3, a cytochrome P450 hydroxylase, is essential for development of anther cuticle and pollen exine[J]. Xijia Yang,Di Wu,Jianxin Shi,Yi He,Franck Pinot,Bernard Grausem,Changsong Yin,Lu Zhu,Mingjiao Chen,Zhijing Luo,Wanqi Liang,Dabing Zhang. Journal of Integrative Plant Biology. 2014(10)
[4]Stamen specification and anther development in rice[J]. WILSON Zoe A. Chinese Science Bulletin. 2009(14)
[5]中国水稻科技发展战略[J]. 程式华,胡培松. 中国水稻科学. 2008(03)
本文编号：3488620
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水稻和拟南芥中花粉壁组成物质的生物合成途径(Shietal.,2015a)
图 1.2 花药的花粉壁组成物质的沉积的推测模型(Shi et al., 2015a)Fig. 1.2 Proposed model for the localization of pollenwall components within anther tissues.1.2.5 含油层的形成过程及其相关基因花粉壁形成过程中在质膜和花粉内壁之间形成了空隙，这个缝隙被一层较厚的疏水性脂类和蛋白质物质覆盖，这层物质被称为含油层。这些疏水性物质主要包括一些复杂的脂质、蜡酯、黄酮类化合物，羟基肉桂亚腈代谢物等物质(Jessen et al., 2011; Quilichini et al., 2014a)。含油层主要作用体现在防止花粉失水，从而在花粉与柱头识别以及粘连方面起促进作用。因为技术的限制，已经被发掘出的含油层形成相关基因不多，水稻中还未有该类基因的发现，但在拟南芥中根据含油层内的成分物质可知长链脂肪酸的合成和转运基因对于含油层的合成还是必要的。拟南芥中，CER1(Aarts et al., 1995)，CER3/FLP1(Ariizumi et al., 2003)和 3 个 CER2(Haslam et al., 2015)类似基因以及长链酰基辅酶 A 合成酶基因 LACS1、LACS4(Jessen et al., 2011)这些基因的突变引起含油层以及花粉外壁合成不正常。磷酸丝氨酸磷酸酶催化丝氨酸合成途径中的磷酸化途径最后一步，PSP(Phosphoserine Phosphatase)作为编码磷酸丝氨酸磷酸酶的基因，该基因突变的突变体中花粉没有含油层，但外壁正常(Florestornero et al., 2015) 。
图 2.1 野生型中恢 8015(WT)与突变体 whf41 的表型分析Fig. 2.1 Phenotypic comparison of wild type Zhonghui 8015 and the whf41 mutant.A-野生型中恢 8015 和 whf41 突变体去除内稃外的颖花形态；B-野生型和突变体 whf41 花药表型；C-野生型和突变体 whf41 花药压片；D-中恢 8015 野生型和突变体 whf41 花粉镜检2.2.2 花药半薄切片分析野生型和突变体在花药发育过程中的细胞学差异主要通过花药半薄横切来实现。张大兵等(Zhang et al., 2009)将花药发育过程详细地划分为 14 个时期。据此，通过对野生型中恢 8015 和whf41 突变体不同发育时期的花药通过半薄切片进行观察，发现：whf41 突变体的花药小孢子母细胞的发育形态在 stage1-8 时期与野生型相比而言，均无显著差异，突变体花粉母细胞也可以进行正常的减数分裂并形成形状规则的四分体(图 2.2 A、F)。但在第 9 时期，野生型小孢子细胞(花粉粒)从四分体中分离，绒毡层浓缩且染色加深，中间层逐渐消失不见(图 2.2 B)；然而在此时期的 whf41 突变体花药中，小孢子细胞(花粉粒)虽正常分离，但绒毡层浓缩不明显(图 2.2 G)。到第10 时期，野生型小孢子细胞(花粉粒)逐渐由液泡化形态转变成去液泡化状态，花粉外壁形成，绒毡层继续降解(图 2.2 C)；而突变体 whf41 花药内小孢子细胞(花粉粒)并未发生液泡化，呈现的形
【参考文献】：
期刊论文
[1]K-Domain Splicing Factor OsMADS1 Regulates Open Hull Male Sterility in Rice[J]. SUN Lian-ping,ZHANG Ying-xin,ZHANG Pei-pei,YANG Zheng-fu,ZHAN Xiao-deng,SHEN Xi-hong,ZHANG Zhen-hua,HU Xia,XUAN Dan-dan,WU Wei-xun,LI Zi-he,CAO Li-yong,CHENG Shi-hua. Rice Science. 2015(05)
[2]PECTATE LYASE-LIKE10 is associated with pollen wall development in Brassica campestris[J]. Jingjing Jiang,Lina Yao,Youjian Yu,Meiling Lv,Ying Miao,Jiashu Cao. Journal of Integrative Plant Biology. 2014(11)
[3]Rice CYP703A3, a cytochrome P450 hydroxylase, is essential for development of anther cuticle and pollen exine[J]. Xijia Yang,Di Wu,Jianxin Shi,Yi He,Franck Pinot,Bernard Grausem,Changsong Yin,Lu Zhu,Mingjiao Chen,Zhijing Luo,Wanqi Liang,Dabing Zhang. Journal of Integrative Plant Biology. 2014(10)
[4]Stamen specification and anther development in rice[J]. WILSON Zoe A. Chinese Science Bulletin. 2009(14)
[5]中国水稻科技发展战略[J]. 程式华,胡培松. 中国水稻科学. 2008(03)
本文编号：3488620
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