水稻光敏核不育系农垦58S不育基因的分子遗传规律研究

【摘要】光敏核不育水稻农垦58S的发现使杂交水稻由“三系法”转变为“两系法”成为了可能,通过研究者们的不懈努力,从农垦58S衍生出了多种水稻光温敏核不育系,对于光温敏核不育基因的遗传分离模式、不育基因的等位性研究以及光温敏核不育基因分子定位与克隆研究皆已取得了很大进展。2011年,华中农业大学张启发团队成功克隆出了农垦58S的光敏核不育基因pms3,农垦58S的光敏雄性不育是由第12号染色体上一个长1236bp的长链非编码RNA调控的,名为LDMAR(long-day-specificmale-fertility-associatedRNA)。农垦58S的LDMAR上的一个G→C的SNP(singlenucleotidepolymorphism)改变了LDMAR的二级结构,导致LDMAR的启动子区域的甲基化升高,降低了长日照条件下LDMAR的转录水平,从而使花粉中的程序性细胞死亡(PCD)过早发生,结果导致光敏雄性不育(PSMS)的产生。本文以水稻光敏核不育系农垦58S及其衍生的光温敏核不育系7001S、长选3S、1103S、培矮64S、W6154S、广占63S和它们的杂交后代为材料,通过人工控制光温条件,对农垦58S不育基因的育性分离的分子遗传规律进行了研究,主要结果如下：1.农垦58S和7001S育性感光,W6154S、广占63S、长选3S、1103S、培矮64S育性感温。农垦58S及其衍生的光温敏核不育系杂交F1(包括农垦58S/W6154S、农垦58S/广占63S、农垦58S/1103S、长选3S/7001S、W6154S/广占63S和PA64S/广占63S)花粉育性受光温共同影响,在长日高温条件下皆为不育,说明他们的不育基因等位。在长日高温,农垦58S/W6154S.农垦58S/广占63S以及长选3S/7001S的F2分离群体植株花粉育性皆表现为不育；在短日高温条件下,农垦58S/W6154S和农垦58S/广占63SF2分离群体可育株与不育株之比接近1：1,长选3S/7001SF2分离群体植株花粉育性全表现为可育；在短日低温条件下,农垦58S/W6154S和农垦58S/广占63S的F2分离群体植株花粉育性全表现为可育。2.光敏核不育基因pms3的基因型检测显示：7001S、长选3S、1103S和培矮64S的基因型与农垦58S相同,发生了G→C的SNP;而W6154S和广占63S的基因型与农垦58S不同,该碱基位点为G。由此可推断,LDMAR上G→C的突变并不是光温敏雄性不育的唯一调控因子。在短日高温条件下,农垦58S/W6154S、农垦58S/广占63S及长选3S/7001SF2分离群体可育株为C基因型而不育株为G基因型。由此推测,C基因型植株育性由日长决定,G基因型植株育性由温度决定。3.农垦58S及其衍生的光温敏核不育系的亲本及杂交F1(除W6154S/广占63S及广占63S/W6154S外)在不同光温处理条件下,其花粉育性皆与幼穗花药中pms3的表达量呈现正相关。由此推测,农垦58S及其衍生的光温敏核不育系7001S、长选3S、1103S、培矮64S、W6154S和广占63S的花粉育性是由LDMAR调控的,在长日高温条件下由于没有足够的LDMAR转录而导致花粉不育。但W6154S/广占63S和广占63S/W6154S杂交F1幼穗花药中pmms3的表达量并未呈现与其花粉育性的正相关性,说明水稻光温敏雄性不育系的育性调控分子机理是复杂的,非单因子调控。
【作者】吴亚先；
【导师】梁满中；
【作者基本信息】湖南师范大学，植物学，2014，硕士
【关键词】水稻；光温敏核不育；花粉育性；光敏感核不育基因pms3；表达差异；

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