油菜温敏不育系373S的遗传及分子特征研究

【作者】 孙妍妍； 王珍珍； 郭媛； 孙晓敏； 李玮； 智文良； 胡胜武；

【机构】 西北农林科技大学农学院；

【摘要】 温敏不育系是油菜杂种优势利用的重要授粉控制系统之一。373S是由2002年发现的由嵌合不育株连续自交育成的油菜温敏不育系。本研究观察了373S的形态学和细胞学特征。通过多年重复,在田间调查373S育性变化,分析育性与温度、光照的关系。根据田间资料分析结果,在培养箱设置不同温度及光照组合进行处理,确定影响373S育性转换的温度及光照条件。利用373S与常规油菜品种杂交构建F₁,BC₁,F₂等群体,通过育性观察,分析373S育性的遗传规律。利用RNA-seq技术分析373S可育亲本和不育亲本以及BC₁中可育株和不育株花药及小花蕾的差异转录组,揭示不育涉及的差异基因并解析其代谢通路。结果表明:（1）与对照可育花相比,不育花外观无明显差异,雌蕊发育正常,但其雄蕊败育彻底,花丝短,花药干瘪无花粉。细胞学观察发现不育花药绒毡层和胼胝质发育异常,染色体提前降解,花粉外壁畸形;（2）373S属温敏不育类型,表现为高温不育,低温可育,光照对其育性无显著影响。现蕾期（即开花前一个月左右）的平均气温与育性指数呈显著负相关,其育性转换的临界温度为10℃（15℃/5℃）-12℃（17℃/7℃）;（3）对BC₁和F₂代进行5年育性分离比调查,发现373S的育性受1对隐性核基因控制;（4）利用RNA-seq共得到10 092个差异表达基因（DEG）,并从中筛选到430个（包括298个上调表达基因和132个下调表达基因）亲本与BC₁共有DEG。对430个DEG进行基因功能分类和富集分析,发现与绒毡层发育、胼胝质降解、孢粉素合成和花粉外壁形成相关的基因与育性关系密切。发现19个与花粉发育相关基因,其中大部分基因参与了花粉外壁形成。并对这19个基因进行了qRT-PCR验证,确认其表达量变化趋势与RNA-seq结果一致。本文研究结果为揭示油菜373S的败育机理与利用奠定了基础。更多还原