水稻隐性雄性不育突变体osnp3的败育特征及基因定位

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水稻的雄性不育在杂种优势利用中具有重要作用。本研究中,我们在粳稻(Oryza sativa L)品种中花11的组培后代中鉴定出一个无花粉型雄性不育突变体,命名为Oryza sativa non-pollen 3(osnp3);以该突变体osnp3为研究对象,进行了表型观察,并对突变体osnp3基因进行了定位和候选基因分析,以期更深入地了解水稻雄配子发育的分子机理,为隐性雄性核不育及相关基因在杂交水稻育种中的应用提供种质资源和理论基础。具体研究结果如下:1.OsNP3基因突变对育性影响显著,对农艺性状影响不明显通过对野生型中花11与突变体osnp3的各项农艺性状、颖花外形、花器官、花药形态和花粉粒进行比较分析,发现基因突变对农艺性状、颖花外形和花器官结构无明显影响,但突变体osnp3的花药瘦小且颜色淡黄,花粉镜检表明花药中无花粉粒,完全败育。该结果表明突变基因对花药形态和花粉发育有显著影响。半薄切片观察结果显示,雄性不育突变体osnp3的花药绒毡层细胞降解异常,小孢子细胞无法积累淀粉、不能完成花粉充实,小孢子细胞退化,最终不能发育出成熟的花粉粒,导致败育。2.突变体osnp3的不育受一个隐性核基因控制在突变体osnp3杂合株后代分离群体中,正常株与不育株的比例符合3:1,突变体osnp3与野生型的F1表现正常可育,说明该雄性不育突变体osnp3受一个隐性核基因控制。3.OsNP3基因位于水稻第4染色体初步定位:将目的基因定位于第4染色体的分子标记0424与04010之间(两个标记物理距离为3.1Mb)。精细定位:进一步将目的基因精细定位于标记C04D1和标记C04D3之间(两个标记的物理距离为0.96Mb),目的基因与标记04008和标记C04D2共分离。4.OsNP3的候选基因为LOC_Os04g51070通过基因重测序,在精细定位区间的注释基因LOC_Os04g51070第三外显子上有大约4kb的逆转座子插入,其余位点无差异,由此确定该基因为候选基因。在水稻基因组注释计划数据库(http//rice.plantbiology.msu.edu/index.shtml)中进行比对和查阅,候选基因LOC_Os04g51070编码一个b HLH转录因子,可能通过转录调控参与水稻花药绒毡层细胞的降解。逆转座子的插入可能导致该基因的功能缺失,从而使绒毡层细胞PCD失败,引起花粉败育。
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