越南油茶S-RNase基因鉴定及其对杂交亲和性的影响分析

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油茶是中国重点发展的木本油料作物,为山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)植物中种子含油率较高且有栽培经济价值的树种的统称。普通油茶(C.oleifera)、小果油茶(C.meiocarpa)和越南油茶(C.vieinamensis)是油茶的三大主栽物种。油茶具有严格的自交不亲和(self-incompatibility,SI)特性,由此引起“千花一果”现象,造成产量低问题极为突出。普通油茶属于后配子体自交不亲和,目前对油茶自交不亲和机理机制仍未明确。S-RNase基因是植物配子体自交不亲和的雌蕊决定因子之一。本研究在研究明确越南油茶自交不亲和类型的基础上,克隆油茶自交不亲和雌蕊决定因子S-RNase,通过基因表达模式分析、亚细胞定位和原核表达等对越南油茶S-RNase进行功能验证,并挖掘多个越南油茶S-RNase等位基因,分析了S-RNase等位基因对越南油茶杂交不亲和的影响。本研究主要结果如下:1.自交和异交的田间授粉实验,以及自然座果率调查结果表明,越南油茶高度自交不亲和;观察其花粉管在花柱中的生长情况,发现其为后期自交不亲和类型。2.通过对越南油茶不同组织中的核糖核酸酶活性检测,发现花柱和子房中的核糖核酸酶活性显著高于其它组织,且与花粉管伸长的状态密切相关。表明花柱中可能含有调控自交不亲和性状的核糖核酸酶蛋白(即S-RNase)。3.从铁观音和龙井43中分别鉴定出了的8和6个RNase T2基因,它们是TGYRNS1~TGYRNS8和LJRNS1~LJRNS6。通过对它们进行理化分析和在越南油茶中的组织特异性表达分析,推断TGYRNS8是S-RNase。4.以TGYRNS8为基础,在越南油茶中进行同源克隆和RACE扩增,成功获得TGYRNS8的同源基因全长c DNA序列,并命名为Cv S-RNase。Cv S-RNase编码长度为717bp,蛋白长度为238个氨基酸,分子量大小为26.7k Da,等电点为5.28。5.聚类分析表明Cv S-RNase与茄科的S-RNase亲缘关系最近。亚细胞定位结果发现Cv S-RNase基因在细胞膜上表达,推断Cv S-RNase为一种信号蛋白。q RT-PCR结果显示Cv S-RNase在花柱中特异性表达,且在自交24h-48h时表达量极显著上调,并达到最大,随后下调,与异交情况显著不同。Cv S-RNase表达正好与自、异交时花粉管在花柱中的生长情况相吻合。原核表达获得的重组Cv S-RNase对自身的花粉萌发和花粉管的生长均有明显的抑制作用。结果表明,Cv S-RNase是越南油茶自交不亲和的S雌性决定因子。6.在越南油茶不同实生植株中鉴定出22种氨基酸位点突变Cv S-RNase蛋白,符合S-RNase作为植物自交不亲和中S雌性决定因子的多态性特点;含不同Cv S-RNase变异蛋白的植株间进行授粉,座果率高;含相同Cv S-RNase变异蛋白的植株间授粉,座果率低。表明Cv S-RNase是越南油茶自交不亲和的重要影响因子。本文研究了越南油茶的自交不亲和现象,率先鉴定克隆出油茶自交不亲和的S雌性决定因子Cv S-RNase基因,获得22个Cv S-RNase变异蛋白。研究结果对系统解析油茶自交不亲和机理、杂交育种、保花保果等具有重要的理论和实践参考价值。
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