西瓜核雄性不育两用系Se18不育特性的生理生化与分子机制研究
发布时间：2021-04-06 16:48
西瓜[Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.&Nakai]是异花授粉植物,具有明显的杂种优势,利用雄性不育系配制杂交种是西瓜杂种优势利用的重要途径。西瓜细胞核雄性不育两用系‘Se18’是本课题组发现的核基因雄性不育材料,其不育性状十分稳定。本研究以西瓜细胞核雄性不育两用系‘Se18’为材料,对其花药败育时期的细胞学特征进行观察比较;并通过比较不育株与可育株雄花花蕾发育过程中抗氧化酶活性、氧化物质代谢、内源激素含量等生理生化指标的变化,以探明雄性不育发生过程中生理生化特性;同时,结合BSA（Bulked Segregant Analysis,BSA）和RNA-Seq技术对不育株与可育株雄花蕾进行转录组测序,系统分析DEGs的生物学功能,以及初步预测雄性不育基因的候选区域,并对候选区域内的基因进行功能注释,为探究西瓜雄性不育发生的分子机理奠定基础。主要研究结果如下:1.利用光学显微镜观察了西瓜不育和可育花药的发育过程,发现不育花药败育时期发生在小孢子母细胞减数分裂末期。败育的原因可能是由于绒毡层细胞发育异常,引起小孢子母细胞只进行核分裂,而未进行细胞质分裂...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
细胞质雄性不育的遗传（本图源自河北师范大学等编《遗传学》一书）
第一章文献综述91.4植物雄性不育的转录组分析1.4.1转录组测序技术的发展转录组（Transcriptome）的含义有广义和狭义之分，广义上指在特定环境或生理条件下细胞、组织或生物体中存在的所有RNA的总和，包括信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）和其他非编码RNA。而狭义上是指所有可以被细胞转录的mRNA。转录组学相关的测序技术随着时间的推移发展很快，在科学家们不断的努力下，新的测序技术被开发出来，被广泛使用到生物信息学领域。而且这些高通量测序技术比最初的Sanger技术具有更快的测序速度、更高的通量和更低的成本（Shendureetal.2008）。在目前的研究中，Illumina测序平台的应用相对来说比较广泛，其测序数据的发表也较多。1.4.2RNA-seq技术测序流程全基因组鸟枪测序（简称RNA-seq技术）是将第二代测序技术应用到RNA表达水平与形式的检测基础上的测序方法，其先将mRNA片段反转录成cDNA，再对cDNA测序来评估mRNA的表达水平（Marionietal.2008；Wangetal.2009）。RNA-seq技术的测序流程见下图1-3。图1-3转录组测序实验流程图Fig.1-3Theflowchartoftranscriptomesequencingexperiment
西北农林科技大学博士学位论文142.2结果与分析2.2.1不育株与可育株花的形态特征西瓜细胞核雄性不育两用系‘Se18’的雌花在不育和可育株上的颜色、育性、形态等方面的表现没有任何差异，但是雄花却存在着明显的差异（图2-1）。当进入开花期时，可育株的雄花花蕾生长迅速，正常发育，正常开花散粉，而不育株的雄花花蕾却不能正常增长，表现为：有些不育株的雄花蕾在生长初期已然发黄，甚至脱落；有些不育株的雄花蕾不仅增长速度慢而且比正常雄花蕾要小，用手触压感觉空瘪，正常的雄花蕾用手触压会有饱满的感觉。在盛花期，有些不育株的雄花也能开花，但是花瓣明显较小，花瓣颜色浅黄，花药退化明显，且无花粉散出。图2-1可育株与不育株花器官的形态特征Fig.2-1Morphologiccharacteristicsofflowersandbudsoffertileandsterilewatermelonlines.A：可育株雄花蕾和雄花，Se18-MF；B：不育株雄花蕾和雄花，Se18-MSA:Thefloralbudsandflowerofthemalefertileline,Se18-MF;B:Thefloralbudsandflowerofthemalesterileline,Se18-MS.Bar=10mm.2.2.2可育株花药发育过程西瓜细胞核雄性不育两用系‘Se18’的可育株花药发育过程分为造孢细胞期、花粉母细胞期、减数分裂期、单—双核小孢子期、花粉粒成熟期。造孢细胞期，孢原细胞位于雄蕊突起的表皮细胞以内，体积较大，其经过几次分裂内层形成造孢细胞，外层形成周缘细胞；造孢细胞再经过几次分裂形成花粉母细胞，周缘细胞经过平周分裂形成纤维层、中层和绒毡层。花粉母细胞期，此时期的细胞体积大，核仁着色深，由外向内可清晰看到表皮、纤维层、中层和绒毡层；表皮细胞、纤维层细胞和中层细胞体积孝扁平、核小，而绒毡层细胞体积较大，富含营养。减数分裂期后，小孢子母
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用高通量测序快速定位目标性状位点的研究[J]. 林静,赵青松,张孟臣,杨春燕,赵团结. 华北农学报. 2019(06)
[2]基于BSA分析定位控制西藏大麦侧小穗发育的基因[J]. 徐珍媚,邓光兵,张海莉,梁俊俊,苏燕,李莉岚,龙海,余懋群. 应用与环境生物学报. 2018(06)
[3]甜瓜雄性不育植株雄蕊发育结构及生理生化特征[J]. 盛云燕,常薇,矫士琦,戴冬洋. 植物生理学报. 2016(07)
[4]低温胁迫对稻茬小麦根系抗氧化酶活性及内源激素含量的影响[J]. 张文静,刘亮,黄正来,周晓楠,米璐,贾远远. 麦类作物学报. 2016(04)
[5]核不育系杂交棉不同发育时期抗氧化酶活性变化及其杂种优势分析[J]. 陈全求,蓝家样,韩光明,张志勇. 湖北农业科学. 2015(24)
[6]茉莉酸调控花药开裂的研究进展[J]. 郭航,王志敏,汤青林,田时炳,杨洋,宋明. 生物技术通报. 2015(02)
[7]植物内源激素研究进展[J]. 段娜,贾玉奎,徐军,陈海玲,孙鹏. 中国农学通报. 2015(02)
[8]植物雄性不育影响因素研究进展[J]. 刘淑娟,朱祺,幸学俊,王碧琴,余发新,周华. 中国农学通报. 2014(34)
[9]芝麻显性细胞核雄性不育系内源激素、可溶性糖和淀粉含量变化[J]. 刘红艳,吴坤,杨敏敏,周新安,赵应忠. 中国油料作物学报. 2014(02)
[10]Comparative Transcriptomics of Early Meiosis in Arabidopsis and Maize[J]. Stefanie Dukowic-Schulze,Anthony Harris,Junhua Li,Anitha Sundararajan,Joann Mudge,Ernest F.Retzel,Wojciech P.Pawlowski,Changbin Chen. Journal of Genetics and Genomics. 2014(03)
博士论文
[1]大白菜细胞核雄性不育相关基因挖掘与鉴定[D]. 周雪.沈阳农业大学 2017
[2]芝麻细胞核雄性不育的遗传特性、生理生化及分子标记研究[D]. 刘红艳.中国农业科学院 2013
[3]辣椒核雄性不育两用系创制及其不育机理研究[D]. 黄炜.西北农林科技大学 2012
[4]辣椒胞质雄性不育的分子生理机制及亲缘关系研究[D]. 邓明华.中南大学 2011
[5]丛枝菌根真菌对甜瓜抗旱性的生理效应及分子机制的研究[D]. 黄志.西北农林科技大学 2010
[6]油菜细胞核雄性不育的细胞学研究以及育性相关基因的克隆与功能分析[D]. 万丽丽.华中农业大学 2010
[7]西瓜G17AB核雄性不育两用系的不育机理研究[D]. 刘海河.南京农业大学 2005
[8]辣（甜）椒细胞质雄性不育系遗传机制及不育基因分子标记研究[D]. 王述彬.南京农业大学 2005
[9]甘蓝显性细胞核雄性不育的细胞学特征、生化基础及其分子标记的研究[D]. 刘玉梅.中国农业科学院 2003
[10]白菜核不育两用系育性基因表达特征分析及其小孢子发育相关基因的分离[D]. 王永勤.浙江大学 2003
硕士论文
[1]BSR-Seq技术对K型温敏CMS恢复基因RfK1的精细定位和候选基因功能预测[D]. 贾雨林.西北农林科技大学 2018
[2]BSR-Seq方法定位玉米黄化突变基因[D]. 李玉荣.华中农业大学 2014
[3]辣椒胞质雄性不育败育特征及生理生化特性研究[D]. 王晓林.甘肃农业大学 2013
[4]苎麻雄性不育生理生化及细胞学特性初探[D]. 宋军.四川农业大学 2007
[5]利用mRNA差异显示技术分离西瓜[Citrullus lanatus]核雄性不育基因相关cDNA片段的研究[D]. 于远.西北农林科技大学 2006
[6]温光敏核不育小麦育性转换与激素间关系的研究[D]. 杨海燕.西南大学 2006
[7]西瓜细胞核雄性不育两用系的形态学及细胞学研究[D]. 马建祥.西北农林科技大学 2005
本文编号：3121774
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
细胞质雄性不育的遗传（本图源自河北师范大学等编《遗传学》一书）
第一章文献综述91.4植物雄性不育的转录组分析1.4.1转录组测序技术的发展转录组（Transcriptome）的含义有广义和狭义之分，广义上指在特定环境或生理条件下细胞、组织或生物体中存在的所有RNA的总和，包括信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）和其他非编码RNA。而狭义上是指所有可以被细胞转录的mRNA。转录组学相关的测序技术随着时间的推移发展很快，在科学家们不断的努力下，新的测序技术被开发出来，被广泛使用到生物信息学领域。而且这些高通量测序技术比最初的Sanger技术具有更快的测序速度、更高的通量和更低的成本（Shendureetal.2008）。在目前的研究中，Illumina测序平台的应用相对来说比较广泛，其测序数据的发表也较多。1.4.2RNA-seq技术测序流程全基因组鸟枪测序（简称RNA-seq技术）是将第二代测序技术应用到RNA表达水平与形式的检测基础上的测序方法，其先将mRNA片段反转录成cDNA，再对cDNA测序来评估mRNA的表达水平（Marionietal.2008；Wangetal.2009）。RNA-seq技术的测序流程见下图1-3。图1-3转录组测序实验流程图Fig.1-3Theflowchartoftranscriptomesequencingexperiment
西北农林科技大学博士学位论文142.2结果与分析2.2.1不育株与可育株花的形态特征西瓜细胞核雄性不育两用系‘Se18’的雌花在不育和可育株上的颜色、育性、形态等方面的表现没有任何差异，但是雄花却存在着明显的差异（图2-1）。当进入开花期时，可育株的雄花花蕾生长迅速，正常发育，正常开花散粉，而不育株的雄花花蕾却不能正常增长，表现为：有些不育株的雄花蕾在生长初期已然发黄，甚至脱落；有些不育株的雄花蕾不仅增长速度慢而且比正常雄花蕾要小，用手触压感觉空瘪，正常的雄花蕾用手触压会有饱满的感觉。在盛花期，有些不育株的雄花也能开花，但是花瓣明显较小，花瓣颜色浅黄，花药退化明显，且无花粉散出。图2-1可育株与不育株花器官的形态特征Fig.2-1Morphologiccharacteristicsofflowersandbudsoffertileandsterilewatermelonlines.A：可育株雄花蕾和雄花，Se18-MF；B：不育株雄花蕾和雄花，Se18-MSA:Thefloralbudsandflowerofthemalefertileline,Se18-MF;B:Thefloralbudsandflowerofthemalesterileline,Se18-MS.Bar=10mm.2.2.2可育株花药发育过程西瓜细胞核雄性不育两用系‘Se18’的可育株花药发育过程分为造孢细胞期、花粉母细胞期、减数分裂期、单—双核小孢子期、花粉粒成熟期。造孢细胞期，孢原细胞位于雄蕊突起的表皮细胞以内，体积较大，其经过几次分裂内层形成造孢细胞，外层形成周缘细胞；造孢细胞再经过几次分裂形成花粉母细胞，周缘细胞经过平周分裂形成纤维层、中层和绒毡层。花粉母细胞期，此时期的细胞体积大，核仁着色深，由外向内可清晰看到表皮、纤维层、中层和绒毡层；表皮细胞、纤维层细胞和中层细胞体积孝扁平、核小，而绒毡层细胞体积较大，富含营养。减数分裂期后，小孢子母
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用高通量测序快速定位目标性状位点的研究[J]. 林静,赵青松,张孟臣,杨春燕,赵团结. 华北农学报. 2019(06)
[2]基于BSA分析定位控制西藏大麦侧小穗发育的基因[J]. 徐珍媚,邓光兵,张海莉,梁俊俊,苏燕,李莉岚,龙海,余懋群. 应用与环境生物学报. 2018(06)
[3]甜瓜雄性不育植株雄蕊发育结构及生理生化特征[J]. 盛云燕,常薇,矫士琦,戴冬洋. 植物生理学报. 2016(07)
[4]低温胁迫对稻茬小麦根系抗氧化酶活性及内源激素含量的影响[J]. 张文静,刘亮,黄正来,周晓楠,米璐,贾远远. 麦类作物学报. 2016(04)
[5]核不育系杂交棉不同发育时期抗氧化酶活性变化及其杂种优势分析[J]. 陈全求,蓝家样,韩光明,张志勇. 湖北农业科学. 2015(24)
[6]茉莉酸调控花药开裂的研究进展[J]. 郭航,王志敏,汤青林,田时炳,杨洋,宋明. 生物技术通报. 2015(02)
[7]植物内源激素研究进展[J]. 段娜,贾玉奎,徐军,陈海玲,孙鹏. 中国农学通报. 2015(02)
[8]植物雄性不育影响因素研究进展[J]. 刘淑娟,朱祺,幸学俊,王碧琴,余发新,周华. 中国农学通报. 2014(34)
[9]芝麻显性细胞核雄性不育系内源激素、可溶性糖和淀粉含量变化[J]. 刘红艳,吴坤,杨敏敏,周新安,赵应忠. 中国油料作物学报. 2014(02)
[10]Comparative Transcriptomics of Early Meiosis in Arabidopsis and Maize[J]. Stefanie Dukowic-Schulze,Anthony Harris,Junhua Li,Anitha Sundararajan,Joann Mudge,Ernest F.Retzel,Wojciech P.Pawlowski,Changbin Chen. Journal of Genetics and Genomics. 2014(03)
博士论文
[1]大白菜细胞核雄性不育相关基因挖掘与鉴定[D]. 周雪.沈阳农业大学 2017
[2]芝麻细胞核雄性不育的遗传特性、生理生化及分子标记研究[D]. 刘红艳.中国农业科学院 2013
[3]辣椒核雄性不育两用系创制及其不育机理研究[D]. 黄炜.西北农林科技大学 2012
[4]辣椒胞质雄性不育的分子生理机制及亲缘关系研究[D]. 邓明华.中南大学 2011
[5]丛枝菌根真菌对甜瓜抗旱性的生理效应及分子机制的研究[D]. 黄志.西北农林科技大学 2010
[6]油菜细胞核雄性不育的细胞学研究以及育性相关基因的克隆与功能分析[D]. 万丽丽.华中农业大学 2010
[7]西瓜G17AB核雄性不育两用系的不育机理研究[D]. 刘海河.南京农业大学 2005
[8]辣（甜）椒细胞质雄性不育系遗传机制及不育基因分子标记研究[D]. 王述彬.南京农业大学 2005
[9]甘蓝显性细胞核雄性不育的细胞学特征、生化基础及其分子标记的研究[D]. 刘玉梅.中国农业科学院 2003
[10]白菜核不育两用系育性基因表达特征分析及其小孢子发育相关基因的分离[D]. 王永勤.浙江大学 2003
硕士论文
[1]BSR-Seq技术对K型温敏CMS恢复基因RfK1的精细定位和候选基因功能预测[D]. 贾雨林.西北农林科技大学 2018
[2]BSR-Seq方法定位玉米黄化突变基因[D]. 李玉荣.华中农业大学 2014
[3]辣椒胞质雄性不育败育特征及生理生化特性研究[D]. 王晓林.甘肃农业大学 2013
[4]苎麻雄性不育生理生化及细胞学特性初探[D]. 宋军.四川农业大学 2007
[5]利用mRNA差异显示技术分离西瓜[Citrullus lanatus]核雄性不育基因相关cDNA片段的研究[D]. 于远.西北农林科技大学 2006
[6]温光敏核不育小麦育性转换与激素间关系的研究[D]. 杨海燕.西南大学 2006
[7]西瓜细胞核雄性不育两用系的形态学及细胞学研究[D]. 马建祥.西北农林科技大学 2005
本文编号：3121774
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