陆地棉隐性核不育系1355A败育机制转录组学与蛋白质组学研究

发布时间：2018-01-01 03:24

本文关键词：陆地棉隐性核不育系1355A败育机制转录组学与蛋白质组学研究　出处：《华中农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：棉花是重要的经济作物之一,如何更加有效地提高棉花产量与品质是棉花育种家关注的一个重要问题。而寻找更高效的棉花杂种优势利用途径是解决该问题的一种重要手段。目前,棉花杂交种制备的主要途径是利用细胞核雄性不育系制种和人工去雄制种。细胞核雄性不育系具有恢复源广泛、无胞质负效应影响和不育性稳定的特点,同时由于人工去雄制种成本的提高也使利用细胞核雄性不育系制种更具有发展潜力。因此,对细胞核雄性不育的败育机制进行研究具有重要的意义。陆地棉1355A是隐性单基因控制的细胞核雄性不育系,不育性相对稳定且不育表型明显,是研究棉花雄性败育机制的良好材料。为阐释1355A的雄性败育机理,本研究通过RNA-seq与蛋白双向电泳技术详细地分析不育系1355A和可育系1355B花药中的基因转录水平与蛋白水平的差异,揭示了1355A不育基因对花药转录水平与蛋白水平的影响。同时,利用细胞学与分子生物学方法,初步论述了1355A的败育表型与雄性不育机理。主要研究结果如下:1.将可育系1355B花药发育时期划分成14个时期通过分析石蜡切片结果,将陆地棉可育系1355B花药的整个发育过程划分成为14个不同的发育时期。同时,确定了各个花药发育时期所对应的花蕾长度(蜜腺到花蕾顶部的长度)。即花药发育时期从stage 1到stage 14各个时期所对应的花蕾长度(或时期划分标准)为0.5-1 mm、1-2 mm、2-3 mm、3-4 mm、4-5 mm、5-6 mm、6-7 mm、7-8 mm、8-9 mm、9-14 mm、14-24 mm、24 mm但未开花、花药开裂(开花当天上午的花药)、花药衰老(开花当天下午的花药)。与拟南芥的花药发育相比,棉花花药发育过程中绒毡层细胞降解的起始时期更早。2.陆地棉1355A花粉壁缺陷不育系1355A与可育系1355B花药的石蜡切片比较结果表明,1355A败育的时期是stage 8,且1355A花粉表现为花粉壁上没有刺突(与扫描电镜结果相一致)。同时,在花药发育后期小孢子的细胞质降解,药室中只残留缺陷的花粉壁成分。透射电镜分析表明,1355A花粉壁缺陷表现为花粉外壁内层加厚与花粉内壁层缺失。结合以上的研究结果表明,1355A败育表型主要有花粉外壁内层加厚、花粉内壁层缺失、花粉壁上没有刺突与后期小孢子细胞质降解。目前,认为1355A是由于在stage8时期花粉外壁内层异常加厚,导致了后续败育表型的出现,并最终导致1355A花粉的败育。3.RNA-seq分析对RNA-seq数据进行生物信息学分析,在三个花药发育时期总共得到了2446个差异表达基因。在这些差异表达基因中,发现许多差异表达基因与花药发育相关,包括脂肪酸合成与代谢,糖代谢和类苯基丙烷途径的相关基因。苏丹黑B对脂质染色的结果也表明,不育系1355A与可育系1355B花药中的脂质沉积存在着差异,并且这种差异主要集中在花粉壁上。4.蛋白双向电泳分析利用蛋白双向电泳,在stage 7与stage 8中共发现了47个差异表达蛋白点。这些差异表达蛋白点主要参与糖代谢与脂代谢等代谢途径。该结果与RNA-seq结果相吻合。5.陆地棉1355A隐性核不育分子机理探讨利用qRT-PCR分析棉花中与拟南芥花粉壁发育相关基因的同源基因的表达模式发现,花粉外壁外层形成相关基因MS188和花粉外壁内层形成相关基因TEK,在1355A花药的stage 7时期,相比于1355B花药的表达上调。同时,孢粉素合成相关基因包括CYP704B1,ACOS5和MS2的表达也上调。因此,认为在1355A的花药发育的早期花粉壁发育相关基因的上调表达,导致1355A花粉外壁内层的异常加厚,最终引起1355A花粉的败育。
[Abstract]:Cotton 1355A is a recessive monogenic male sterile line . In this study , we found that 1355A gene is related to anther development , including fatty acid synthesis and metabolism , sugar metabolism and phenylpropanoid pathway .

【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S562

【参考文献】