大白菜复等位基因遗传雄性不育分子机理研究

发布时间：2018-01-06 23:31

  本文关键词：大白菜复等位基因遗传雄性不育分子机理研究　出处：《沈阳农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 大白菜 核基因雄性不育 转录组 miRNA BAC

【摘要】：大白菜是完全花异花授粉作物,具有明显的杂种优势。在配制杂交种的过程中,雄性不育材料的利用是一种较好的杂交制种途径。大白菜雄性不育遗传机理和分子机制研究一直是人们关注的热点。在前期研究中,本课题组发现了一份大白菜复等位基因遗传的雄性不育材料,并用其配制出了具有100%不育株率的核基因雄性不育系。利用该不育材料构建分离群体,对不育基因进行了定位,将其定位在A07染色体6700-6800kb之间。为了克隆不育基因,本研究利用该不育系统的纯合不育株(MsMs)构建BAC文库,通过筛选定位区间内的BAC克隆,进行测序比对,寻找差异基因；通过对雄性不育“两用系”可育株(MsfMs)与不育株(MsMs)花蕾进行转录组测序,找出差异表达基因并分析它们的功能和参与的代谢途径；鉴定花蕾中表达的miRNAs,并对其进行了靶基因预测,探寻miRNA在雄蕊育性调控中的作用。上述研究结果可以为筛选鉴定大白菜核不育复等位基因(Ms、Msf和ms)奠定基础,并为核雄性不育相关基因和miRNAs的研究提供了数据库,有助于揭示大白菜雄性不育的分子机制。主要研究结果如下：1.通过对大白菜雄性不育“两用系”的不育株与可育株花蕾形态观察,发现不育株除雄蕊不产生花粉外,其他花器官发育正常。利用石蜡切片对不育株与可育株花药细胞结构进行观察,发现花药发育前期两者没有明显差异,后期不育株花粉母细胞不能进行正常的减数分裂,绒毡层细胞异常膨胀,导致不育株花药的花粉囊皱缩。2.根据前期对大白菜雄性不育基因Ms及其恢复基因Msf的定位结果,设计筛库引物,在利用雄性不育“两用系”不育株叶片构建的BAC文库中筛选到2个对应定位区间内的BAC克隆,即FH20-SRF1和FH48-LCSK5。利用第3代测序技术,对这2个BAC克隆进行测序,FH20-SKRF1插入基因的长度为127658bp, FH48-LCSK5为130005bp。两个BAC克隆可以拼接,拼接后长度为233305bp,重叠区域有24358bp。在拼接后的序列中能找到筛库引物SKRF1和LCSK5,并且定位标记LZY6位于拼接序列68462-68849bp的区域,说明这2个BAC克隆能够完全覆盖A07染色体6700-6800kb区间。将拼接序列与Brassica Database中的大白菜基因组序列进行比对,发现部分区域发生了倒位,并有大片段插入。对拼接序列进行基因预测,共预测到57个基因。在MsfMsf基因型材料中将这57个基因进行克隆测序,发现有7个基因的序列与MsMs基因型材料的BAC克隆存在差异,且这7个基因全部位于插入片段区域。3.利用RNA-seq技术,对大白菜雄性不育“两用系”可育株与不育株的花蕾进行测序分析,按照无参考基因组进行unigene组装,分别得到了70703和70799个unigene。将BAC克隆测序比对得到的7个存在序列差异的基因,与unigene进行比对,有5个能够比对上,说明这5个基因真实存在并且能够正常表达。4.对大白菜雄性不育“两用系”可育株与不育株花蕾中的基因表达水平进行分析,发现有1013个差异表达基因,包括与花粉发育相关的AMS、MS2、VGD1以及果胶酶类基因等等。在这些差异表达基因中,有475个在可育花蕾中特异性表达,6个在不育花蕾中特异性表达。这些特异性表达基因中有82个基因编码未知功能蛋白,其中大部分在花粉和花粉萌发阶段表达。对差异表达基因进行GO富集分析,显著富集的GO terms有19个。对所有的差异表达基因进行pathway富集分析,共富集到5条pathway,分别是：①戊糖和葡萄糖醛酸转换途径、②丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢途径、③半胱氨酸和蛋氨酸代谢途径、④维生素C代谢途径、⑤淀粉蔗糖代谢途径。利用qRT-PCR对其中的30个差异表达基因在“两用系”可育株与不育株花蕾中的表达量进行分析,其结果与测序结果一致,验证了测序结果的准确性。5.以大白菜雄性不育“两用系”可育株与不育株花蕾为试材,分别构建small RNA测序文库,进行高通量测序,在两文库中分别获得了132和144个已知的miRNA,并预测到22和24个新的miRNA。对35个已知的miRNA家族进行了靶基因预测,并对靶基因进行了功能注释。筛选出19个miRNA在不育株与可育株花蕾中差异表达。在这19个差异表达的miRNA中,大部分在不育花蕾中表达量高,只有5个在可育花蕾中表达量高。这些差异表达的miRNA的靶基因,部分与花、雄蕊、花粉的发育相关,例如AP2、果胶甲酯酶抑制剂家族蛋白等。有5个miRNA的靶基因在转录组测序中也为差异表达基因,说明其可能受miRNA调控。对所有差异表达的miRNA进行qRT-PCR验证,其结果与测序结果大体相同,验证了测序结果的可靠性。
[Abstract]:In order to clone the sterile gene , the genetic mechanism and molecular mechanism of male sterile plants were identified . In this study , we found that there were a number of differentially expressed genes , including AMS , MS 2 , VGD1 and pectinase genes .

【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S634.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 郭满才,解小莉,刘建军,张宏礼,宋世德,周静芋,袁志发;复等位基因平衡群体熵的性质[J];西北农林科技大学学报(自然科学版);2002年04期

2 马尚耀,董歧福,成慧娟,李一中;谷子雄性不育复等位基因的发现初报[J];遗传;1990年01期

3 张宏礼,刘海泉;近亲繁殖下复等位基因群体的熵性质[J];黑龙江八一农垦大学学报;2002年04期

4 张宏礼,郭满才,杜俊莉,刘建军,解小莉,周静芋,袁志发;复等位基因群体完全自交下母子间基因型联合分布的熵性质[J];黑龙江八一农垦大学学报;2003年02期

5 杜俊莉,郭满才,张宏礼,王丽波,刘璐,袁志发;复等位基因平衡群体中亲属关系的信息学研究[J];西北农林科技大学学报(自然科学版);2005年02期

6 陈奇;李大林;;多基因座复等位基因自交群体后代基因型频率的递推算法[J];安徽农业科学;2010年35期

7 李新生;闫若潜;高风山;方勤美;李云岗;郝惠芳;夏春;;鸡复等位基因BF2与β2m的结构解析[J];自然科学进展;2006年08期

8 陈奇;李大林;;多基因座复等位基因自交群体后代基因型频率的递推算法(英文)[J];Agricultural Science & Technology;2010年06期

9 冯辉;刘志勇;李承_g;王玉刚;冀瑞琴;;大白菜雄性不育复等位基因的发现与利用[J];沈阳农业大学学报;2011年01期

10 王鑫,刘石磊,冯辉,卢文经;大白菜核不育复等位基因的转育模式[J];北方园艺;2002年01期

相关会议论文 前3条

1 冯辉;魏毓棠;许明;孙晓荣;;白菜核不育复等位基因在亚种间转育的研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（下册）[C];1999年

2 冯辉;;大白菜核不育复等位基因的发现和利用[A];中国园艺学会十字花科蔬菜分会第六届学术研讨会暨新品种展示会论文集[C];2008年

3 王鑫;冯辉;刘石磊;;利用外引杂交种转育大白菜复等位基因核不育系的途径[A];全国蔬菜遗传育种学术讨论会论文集[C];2002年

相关博士学位论文 前2条

1 刘畅;大白菜复等位基因遗传雄性不育分子机理研究[D];沈阳农业大学;2016年

2 魏鹏;大白菜核不育复等位基因的分子标记及定位[D];沈阳农业大学;2009年

相关硕士学位论文 前1条

1 辛喜凤;复等位基因遗传大白菜核雄性不育相关基因的分离与表达分析[D];沈阳农业大学;2012年

，

本文编号：1390015