陸地棉細胞質雄性不育及其恢復機制的研究.pdf

1、植物細胞質雄性不育(cytoplasmic male sterility, CMS)是一種不能產生有活力花粉的遺傳現(xiàn)象，在植物雜種優(yōu)勢利用中具有重要價值。棉花細胞質雄性由于不育機理尚不清楚，恢復基因也未得到克隆等原因，同玉米、水稻等作物雄性不育研究相比，要遠遠落后。因此，開展棉花細胞質雄性不育的分子機理研究，便于更好的利用棉花雜種優(yōu)勢，具有重要的理論和實踐意義。哈克尼西棉(Gossypiumharknessii Brandegee)細胞

2、質雄性不育是由細胞質基因控制的并可被核恢復基因抑制的性狀，其花藥在造抱細胞增殖期就開始退化，并在花粉母細胞減數分裂時期達敗育高峰，進而花粉母細胞不能形成四分體，是一種無花粉粒的雄性不育。這種雄性細胞退化早、敗育過程清晰和凋亡徹底的花藥，既是雜交棉制種的有利條件，也是雄性不育機理研究的良好材料。
　　 為此，本文以細胞質來自哈克尼西棉的陸地棉細胞質雄性不育系104-7A和保持系中棉所12、恢復系02-613-2R、F1(104-7

3、A×02-613-2R)花藥為材料，通過cDNA-AFLP以及線粒體差異蛋白質組學的分析，鑒定與棉花細胞質雄性不育及恢復相關的基因與蛋白，并探討細胞質雄性不育及恢復產生的可能機理。研究主要結果如下：
　　 1.分別利用蔗糖、Percoll和Nycdenze密度梯度離心分離棉花花藥線粒體。通過線粒體標志酶活力測定和透射電鏡觀測鑒定線粒體的純度和完整性，最終建立一套以蔗糖為介質的密度梯度離心，從包括冷凍花藥等各種棉花組織中分離高純度

4、的完整線粒體的方法。
　　 2.利用cDNA-AFLP技術，分析了棉花胞質雄性不育系、保持系、恢復系和F1開花前8天花藥的基因表達譜及其差異，結果表明：不育系花藥的基因表達譜與其“同核異質”的保持系之間存在著巨大的差異，提示細胞質基因對細胞核基因的表達有調控作用。恢復基因引入到不育系獲得F1，其花藥的基因表達譜與正?？捎ㄋ幭嗨?，與恢復系基本相同，核內恢復基因可以反作用于細胞質不育基因對核基因表達的調控機制，恢復花粉的育性。CM

5、S基因對核基因表達的調控作用以及恢復基因對這種作用的逆轉可能是棉花細胞質雄性不育及其恢復的重要原因。另外，我們還鑒定了36個在恢復系和F1優(yōu)勢表達而在不育系和保持系中不表達或者微量表達的cDNA擴增片段，為恢復相關基因的克隆奠定了基礎。
　　 3.應用2-DE和質譜鑒定為基礎的差異蛋白質組學技術，分別研究了CMS不育系與可育系的線粒體蛋白質差異表達，以及CMS不育系與恢復系的線粒體蛋白質差異。經PDQuest軟件分析，我們共獲得

6、了46個與育性相關的蛋白和1個與恢復相關的蛋白，通過MALDI-TOF-TOF MS串聯(lián)質譜分析，成功鑒定了34個與育性相關蛋白和1個與恢復相關蛋白。
　　 育性相關的34個蛋白，經數據庫搜索，劃分為5類，分別為：能量代謝相關蛋白、蛋白質加工相關蛋白、激素合成相關蛋白、緩解細胞毒素相關蛋白和其他蛋白。它們從蛋白質水平上證明了棉花細胞質雄性不育主要與能量代謝、蛋白質加工、ABA合成、活性氧等有關。
　　 ATP酶是生物體能