青花菜雄性不育系开花结实特性及花蜜分泌调控机制的研究
发布时间：2019-08-19 12:23
【摘要】：青花菜(Brassica oleracea var.italica)是一种重要蔬菜作物,利用雄性不育系进行新品种选育和杂交种子生产是其杂种优势利用的重要途径。我国青花菜遗传育种起步较晚,目前主要通过引进国外资源寻找优良的不育源,但引种获得的细胞质雄性不育(CMS)源的遗传背景往往不明确,常导致同一类不育源的重复转育,有的不育源在实际应用中存在死花蕾严重、雄蕊心皮化、开花时间晚、花小、花蜜分泌量少和制种产量低等问题。因此,解决上述问题对青花菜产业的发展具有重要的意义。本研究以青花菜自交系、CMS材料和显性细胞核雄性不育(DGMS)系为试材,对CMS材料的开花结实特性及不育源来源、雄蕊心皮化、死花蕾的基因表达特征、开花时间和花大小的遗传模式、蜜腺发育及花蜜分泌的调控机制进行了系统深入的研究,以期明确不同来源的不育源对青花菜开花结实特性的影响,开发出区分雄蕊心皮化的分子标记,发现参与死花蕾调控的基因,获得开花时间和花器官大小的遗传模式,解析花蜜分泌的调控机制。研究结果如下:1、不同来源的不育源转育获得的CMS系的开花结实特性和蜜蜂访花情况差异明显;筛选出4份开花结实优良的CMS材料:CMS738、CMSGD、CMS1169和CMS1183。2、首次获得1个能区分雄蕊心皮化和非心皮化细胞质的线粒体标记mtSSR2,雄蕊心皮化多态性产物与萝卜和埃塞俄比亚芥相似性最高,与非心皮化相比缺失51个碱基。3、青花菜39份不同来源CMS资源中均含有萝卜orf138片段,均属于ogu CMS类型,当相似系数0.89时,39份CMS资源分为5个组,ogu CMS R3类型占79.49%。4、死花蕾与多聚半乳糖代谢、糖基水解、氧化还原过程、苯丙氨酸代谢和苯丙烷生物合成相关,首次发现了12个可能参与调控死花蕾的基因和2个转录因子ERF115和bHLH137。5、花冠和花瓣宽、雄蕊和花药长受多基因控制,开花时间、花瓣和柱头长受两对主基因+多基因控制,花柱长受一对主基因+多基因控制。在2号染色体0.9-2.9 Mb获得主控开花时间、花瓣宽和花柱长的QTL,分别记为ft2.1、pw2.1和sl2.1。ft2.1的候选区域为228Kb,包含29个基因,其中14-3-3蛋白在拟南芥中促进开花。pw2.1和sl2.1存在共定位现象,候选区域为191.66Kb,包含21个基因,其中E3泛素连接酶在拟南芥中调控花器官大小。6、首次明确了保持系、DGMS系和ogu CMS系间花蜜分泌量和含糖量、蜜腺发生和发育过程中的异同。明确了花蜜分泌的细胞学途径:原蜜汁由筛管产生,通过孔状和泡状结构及胞间连丝运输,以淀粉粒形式贮存,在高尔基体和内质网中加工,通过蜜孔分泌。分析了导致上述材料花蜜分泌差异的相关基因,获得1个在DGMS系中高表达的特异性基因。
【图文】：
图 1-2 与细胞质雄性不育相关的嵌合基因（引自 Hanson & Bentolia，2004）Figure 1-2 Chimeric Genes Associated with CMS (cited Hanson and Bentolia, 2004)细胞质雄性不育叶绿体基因组的研究等植物中，叶绿体为细胞核外的特殊遗传体系，能够独立遗传，且具有自主性。叶大小一般为 120-160kb（Masood et al.，2004），包含遗传系统和光系统基因。叶绿小和结构上较线粒体基因组稳定，在结构上和组成上其保守性很强（Raubeson & Ja目前，关于叶绿体与 CMS 关系的研究还不够系统，结论也不统一。CMS 中 RuBP 羧化酶的活性高于保持系，该酶由细胞核基因控制的小亚基在 CMS 与不明显，而有叶绿体基因控制的大亚基则有差异（刘祚昌等，1983；张燕君等，1囊体膜多肽的组成可能与了高梁、玉米和甜菜的 CMS 相关（李家洋和李继耕，19高粱（Pring et al.，1982；刘柞昌，1984）和榨菜（裴雁曦等，2004）中均发现不的叶绿体多肽具有差异。绿体 DNA 水平上，油菜的细胞质雄性不育系的叶绿体 DNA 比保持系多了一条 E继耕，1992）；在高梁细胞质雄性不育系中可扩增到一条含有叶绿体 psaC 和 ndhD的特异性扩增片段，推断高梁 CMS 与叶绿体 ndhD 基因序列的变异有关（范昌发
片、花瓣、雄蕊和心皮的身份分别由 A+E、A+B+E、B+C+E 和 C+Fletcher，2005）。A 类基因 APETALA1（AP1），B 类基因 APETAPI），C 类基因 AGAMOUS（AG）和 E 类基因 SEPALLATA（SEP1-4因子，A 类基因 APETALA2（AP2）编码一个 AP2/ERF 转录因子。这整个过程中均表达，控制着花器官发生的不同进程（Gomez-Mena et7；Wuest et al.，2012）。此外，通过染色质免疫沉淀与高通量测序结器官大小调控因子作为 LFY 或花器官身份蛋白 AP1、AP3、PI 和 S的 ANT、AIL5/6、ARGOS、BB、DA1、GIF、GRF、KLU、OSR1扩增的 ARF8、ARL、BPEp、MED8 和 MED25 等（Kaufmann et al.，2011；Wuest et al.，2012）。此外，LFY 可以直接绑定到生长调节长（Moyroud et al.，2011；Winter et al.，2011），也能够激活花同源发育过程中调控花器官的大小（Kaufmann et al.，2009，2010；Win2012）。然明确了细胞增殖和细胞扩张是影响花器官大小的重要原因，在这两现了许多影响细胞增殖和细胞扩张的重要调节因子和基因，，但现有的网络还很不完整，有些调节基因的下游或上游还不够明确，各调控支（图 1-3），这些问题亟待解决。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S635.3
本文编号：2528249
【图文】：
图 1-2 与细胞质雄性不育相关的嵌合基因（引自 Hanson & Bentolia，2004）Figure 1-2 Chimeric Genes Associated with CMS (cited Hanson and Bentolia, 2004)细胞质雄性不育叶绿体基因组的研究等植物中，叶绿体为细胞核外的特殊遗传体系，能够独立遗传，且具有自主性。叶大小一般为 120-160kb（Masood et al.，2004），包含遗传系统和光系统基因。叶绿小和结构上较线粒体基因组稳定，在结构上和组成上其保守性很强（Raubeson & Ja目前，关于叶绿体与 CMS 关系的研究还不够系统，结论也不统一。CMS 中 RuBP 羧化酶的活性高于保持系，该酶由细胞核基因控制的小亚基在 CMS 与不明显，而有叶绿体基因控制的大亚基则有差异（刘祚昌等，1983；张燕君等，1囊体膜多肽的组成可能与了高梁、玉米和甜菜的 CMS 相关（李家洋和李继耕，19高粱（Pring et al.，1982；刘柞昌，1984）和榨菜（裴雁曦等，2004）中均发现不的叶绿体多肽具有差异。绿体 DNA 水平上，油菜的细胞质雄性不育系的叶绿体 DNA 比保持系多了一条 E继耕，1992）；在高梁细胞质雄性不育系中可扩增到一条含有叶绿体 psaC 和 ndhD的特异性扩增片段，推断高梁 CMS 与叶绿体 ndhD 基因序列的变异有关（范昌发
片、花瓣、雄蕊和心皮的身份分别由 A+E、A+B+E、B+C+E 和 C+Fletcher，2005）。A 类基因 APETALA1（AP1），B 类基因 APETAPI），C 类基因 AGAMOUS（AG）和 E 类基因 SEPALLATA（SEP1-4因子，A 类基因 APETALA2（AP2）编码一个 AP2/ERF 转录因子。这整个过程中均表达，控制着花器官发生的不同进程（Gomez-Mena et7；Wuest et al.，2012）。此外，通过染色质免疫沉淀与高通量测序结器官大小调控因子作为 LFY 或花器官身份蛋白 AP1、AP3、PI 和 S的 ANT、AIL5/6、ARGOS、BB、DA1、GIF、GRF、KLU、OSR1扩增的 ARF8、ARL、BPEp、MED8 和 MED25 等（Kaufmann et al.，2011；Wuest et al.，2012）。此外，LFY 可以直接绑定到生长调节长（Moyroud et al.，2011；Winter et al.，2011），也能够激活花同源发育过程中调控花器官的大小（Kaufmann et al.，2009，2010；Win2012）。然明确了细胞增殖和细胞扩张是影响花器官大小的重要原因，在这两现了许多影响细胞增殖和细胞扩张的重要调节因子和基因，，但现有的网络还很不完整，有些调节基因的下游或上游还不够明确，各调控支（图 1-3），这些问题亟待解决。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S635.3
本文编号：2528249
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/nykjbs/2528249.html
最近更新
教材专著
