拟南芥温敏雄性核不育系的筛选

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为了满足不断增长的粮食需求,两系法被广泛应用于许多作物。两系育种系统中应用最广泛的雄性不育系表现为温度敏感核不育和光周期敏感核不育。但是,两系水稻制种的安全性可能受到由于厄尔尼诺现象造成的极端天气影响,挖掘和创建更多的光温相关种植资源以及简化育种程序是未来杂交水稻研究的重要方向之一。利用拟南芥作为研究对象,光温敏不育系的育性转化机制获得深入研究,这有助于对植物雄性生殖系统的理解和对作物育种系统的改进。而人为诱变创制突变体可以帮助研究者大规模筛选并获得自然难以获得的遗传材料。本研究通过EMS诱变拟南芥使其产生随机基因突变,诱变株系的自交后代按照育性从有至无以及低温处理恢复突变体育性的程度进行筛选,共获得68个不育株系。其中,对三个雄性不育系进一步研究的扫描电镜结果显示28-2和29-1花粉外壁模式缺失,77-1的花粉外壁模式较为完整。结合半薄树脂切片结果分析,28-2孢粉素的分布异常,29-1绒毡层细胞膨大空泡化且提前降解,77-1绒毡层发育缺陷。对雄性不育或育性降低而低温可以恢复育性的株系进行分析,大部分株系的花粉外壁模式正常,但花粉最终皱缩塌陷;而5-5和1-2具有花粉壁模式缺陷,不能形成正常的网格状结构。本研究对常温完全雄性不育而低温可以恢复育性的8-93突变体进一步研究。扫描电镜结果显示8-93突变体没有明显的花粉壁模式缺陷,半薄树脂切片结果显示在花药发育第九期小孢子逐渐空泡化并降解,而低温处理后大部分小孢子都可以正常发育至成熟花粉。透射切片显示8-93的花粉在花药发育第九期细胞质开始坍缩,第十二期细胞质内出现异常大空泡,第十四期时小孢子严重皱缩。对8-93突变体进行图位克隆,初步将突变基因RVMS893锁定在第5号染色体,高通量测序结果验证了初定位结果。遗传互补结果证明了RVMS893的突变导致了8-93的表型,激光共聚焦观察结果显示RVMS893于花药发育第六至八期定位于表皮层、药室内壁、中间层和绒毡层四层细胞的核中,花药发育第九至十期还定位于小孢子内。据报道,RVMS893编码一个t RNA甲基转移酶,结合以上实验结果推测RVMS893可能通过修饰花药发育过程中某些小孢子发育关键基因的翻译水平来行使功能。对RVMS893基因功能的进一步解析将可以为寻找RNA甲基化修饰与植物雄性生殖发育之间的联系提供新的线索。
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