橡胶树23个雄性不育相关候选基因的表达分析与部分基因在拟南芥的功能验证

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巴西橡胶树作为天然橡胶的主要来源,是热带、亚热带地区重要的经济作物在培育优良性状的育种中雄性不育种质也是特殊且十分重要的资源。课题组前期利用高通量测序技术(RNA-seq)对橡胶树进行测序并分析筛选出一系列与雄性不育相关的候选基因,在此基础上,本研究利用实时荧光定量PCR技术对23个涉及脂肪酸代谢和细胞程序性死亡方面的候选基因进行时空表达特征的分析,并利用m RNA荧光原位杂交法对部分候选基因在雄花中的表达模式进行分析,由此筛选出与雄性不育相关重要基因;对部分重要基因进行了克隆与构建表达载体,采用农杆菌转化拟南芥,对得到的植株进行生物学观察与鉴定。结果归纳如下:1.通过对23个候选基因在橡胶树不同器官表达模式分析,挖掘出6个橡胶树雄性不育相关的基因,分别为ACO1、BRG2、PLDD1、KCS19、SRG1、SAG39基因表达上调。这些基因在雄花中的表达水平高于叶片、皮、胶乳和雌花,并且在雄性不育和可育品种之间存在明显的不同。这说明这些基因在橡胶树不育品种的雄花中具有表达组织特异性,它们在雄花中的特异表达对橡胶树雄性不育的产生具有重要的影响。2.通过对23个候选基因在橡胶树雄花发育的3个阶段(小孢子母细胞阶段、四分体阶段和单核小孢子阶段)的表达变化趋势分析表明:这些基因主要在四分体和单核小孢子时期发挥作用。3.利用m RNA-FISH技术对ACO1、BRG2、PLDD1、ZAT5基因在小孢子四分体时期和单核小孢子时期的表达进行原位分析。结果显示这4个基因的表达都在雄蕊中,其中基因BRG2在花药和花丝的结合部位也有表达;ACO1在花药外壁和四分孢子中有显著的表达;ZAT5在花丝(柱)有表达,说明它们参与花丝柱的伸长,基因PLDD1在花被和花药表皮都有明显的表达,还在花轴基部有大量表达,说明它们的表达和花雄花脱落有关;总体来看,这些基因在小孢子和雄蕊特定部位的表达,这可能对不育雄花小孢子、花被、花药和花丝(柱)的异常发育有直接影响。4.对ACO1、BRG2、PLDD1、ZAT5基因进行了克隆和构建过表达载体,利用这些载体及课题组前期构建好的CCR、AHL16、LURP12过表达载体进行了拟南芥转化。通过对转基因植株的形态学观察,发现LURP12和AHL16转基因拟南芥植株雄蕊异常,花丝变短,长度不及花柱的一半,花药距离柱头较远,且花药偏小,外部无花粉;发现ACO1转基因植株矮小,花序短且花少,无结实现象;发现CCR转基因幼苗时期就出现生长发育异常。
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