[00332757]花椰菜温敏雄性不育的遗传机理研究

作为花椰菜育种中一种新型的雄性不育系GS-19,其育性转换特点、遗传规律、生理生化机理以及败育的细胞学机理等方面的研究仍为空白。为了探讨该材料雄性不育发生的机理,促进花椰菜“两系法”杂交育种的利用,本项目以课题组自主选育的花椰菜温敏雄性不育系GS-19为试验材料,研究了该雄性不育的遗传机理。取得了如下的成果： （1）选育出了花椰菜温敏雄性不育系“GS-19”。该不育系植株长势中等,叶色灰绿,株高62 cm ,株幅64 cm,叶数21片,花球扁圆、白色、中紧,单球重0.8-1.0 kg,抗病性强。在花的结构组成上,除雄蕊数目没有明显差异外,不育株的花蕾长、花蕾宽、花冠开度、花丝长、花丝和花药总长及花柱长都显著小于可育株。不育株花期看不到雄蕊,雄蕊萎缩在基部,不产生花粉,只有柱头明显外露,而可育株的雄蕊与雌蕊高度一致,能产生大量花粉。 （2）明确了花椰菜温敏雄性不育系的育性转换特点。育性转换只与温度有关,与光周期无关,属于温敏型雄性不育,育性转换温度临界点为 17.6℃,日平均温度低于16℃,育性恢复,高于17.6℃,表现为不育。 （3）阐明了花椰菜温敏雄性不育系的遗传规律。温敏雄性不育性是由一对隐性细胞核基因所控制,其作用不受细胞质类型的影响。 （4）阐明了花椰菜温敏雄性不育的生理生化特点;不育株花蕾中的GA含量在造孢时期、四分体时期及花粉成熟期的含量均显著高于可育株,而ABA含量只在四分体时期和花粉成熟期显著高于可育株, IAA含量先降后升,在造孢时期和花粉成熟期显著高于可育株,但ZR含量先升后降,在四分体和花粉成熟期显著高于可育株。与可育株相比,不育株的IAA/ABA呈 “V” 字型变化,在四分体时期比值最低,而GA/ABA和ZR/ABA呈倒 “V” 字型的变化,在四分体时期比值最高,叶片中GA和IAA含量不育株仍显著高于可育株。不育花蕾中蛋白质、可溶性糖、淀粉的亏缺; MDA的过度积累,POD活性的升高,SOD和CAT活性的下降。 （5）明确花椰菜温敏雄性不育的细胞学特征。扫描电镜观测发现不育株花药发育初期的花药壁出现轻微萎缩现象,表面变得粗糙,横切面中空明显,随着花药的进一步发育,不育株花药变成干瘪状,明显萎缩,只剩下开裂的花药壁,无花粉粒。可育株花药发育正常,外壁饱满光滑,内部被小孢子填充,小孢子进一步发育可以形成成熟花粉粒,花粉粒呈椭圆形,表面光滑,饱满。石蜡切片和透射电镜细胞学观测发现不育和可育株花药发育的生物学过程存在显著差异,GS-19的花药发育过程中有造胞细胞和花粉母细胞的分化,可形成正常花粉囊,但不产生花粉粒或者产生微量的无生活力的花粉粒,在花粉母细胞到四分体期花药发育受阻,形成了花粉粒外壁发育异常的拟“四分体孢子”。随着小孢子发育,拟“四分体孢子”逐渐降解,只剩下花粉空壳,属于花粉母细胞败育类型。 （6）GS-19花蕾转录组分析共获得了67930 个 Unigene,其中Nt数据库比对到相似序列数最多（52191个）,Nr数据库比对到相似序列次之（46447个）,KOG/COG数据库比对相似序列最少（13198个）;GO注释到25336个Unigene,分为细胞组分、分子功能、生物学过程3个本体共55个功能组;KOG注释到13198个Unigene,分为26类,注释到最多的是基因功能预测（2264个）,其次为翻译后修饰、蛋白质折叠和分子伴侣（1835个）,最少的是未知蛋白（1个）;KEGG注释到14778个Unigene,分细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理、代谢及有机系统5大类共19个代谢途径,其中涉及较多的有碳水化合物（1350个）、翻译（1275个）、折叠、分类和降解（1016个）等,较少的为膜输送,膜转运（60个）、多糖生物合成与代谢（161个）。基因差异表达分析发现GS-19不育株花蕾和可育株花蕾中有2170个基因差异表达, 1078个基因上调表达和1092个基因下调表达。 （7）发表论文5篇,其中国家一级学报3篇,核心期刊2篇,参与编写专著2部。 （8）项目执行期间,共培养博士研究生1名,1名项目组成员晋升为副研究员,1名项目组成员晋升为助理研究员。