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植物细胞质雄性不育(cytoplasmicmalesterility，简称CMS)是一种广泛存在于高等植物中的雄蕊不能正常授粉而雌蕊功能正常的现象，属于母系遗传。而恢复系细胞核中的恢复基因(Restoreroffertility，Rf)能抑制CMS的表型，具有使不育恢复为可育的功能。因此，利用不育系和恢复系在实现杂交种种子大规模生产中具有很大的应用价值。充分利用棉花杂种优势，提高棉花产量、改良品质、增强抗性，一直是从事植物遗传和育种工作者所追求和为之奋斗的目标之一。目前棉花利用化学去雄、两系法、两级法等方法杂交，则不能保障纯度，制种产量低；如利用人工去雄杂交制种时，则工作量大，制种成本高，这些已成为限制杂交棉进一步扩大应用的重要因素。利用抗虫三系杂交棉的杂种优势，是解决以上问题的重要途径。我所在的课题组拥有世界领先的抗虫三系杂交棉材料，为探索恢复相关机理，本研究开始尝试克隆棉花恢复相关基因，为进一步开展棉花恢复相关基因的鉴定和应用奠定基础。
本论文所使用的中国农业科学院郭三堆课题组的棉花材料是采用基因工程技术，成功选育的抗虫性稳定、不育率和不育度均达100％的抗虫不育系P30A及其恢复率达100％的强恢复系Y18R。以陆地棉P30A×Y18R杂交F2代为材料，开花后根据雄蕊形态学判断其育性，以现蕾3～5天的可育材料幼蕾mRNA为Tester，不育材料幼蕾mRNA为Driver，利用抑制差减杂交(suppressionsubtractivehybridization，简称SSH)技术获得了大小为340bp的差别基因片段。以该SSH差减片段设计引物，进一步通过RACE得到GH18Rorf392全长cDNA，序列分析表明其3’端具有26S核糖体RNA基因的部分序列。通过RT-PCR证明：该SSH差减片段在Y18R和F2可育材料的幼蕾中特异表达；并通过Northern杂交证明：GH18Rorf392基因在棉花F2可育材料幼蕾中呈优势表达，同时也在F2代可育材料的生殖器官组织，如铃壳、纤维和花中优势表达。
根据拟南芥核基因组中的ATPase基因保守序列设计引物，筛选陆地棉恢复系Y18R基因组BAC文库，得到插入片段为38881bp的阳性克隆。通过测序发现该阳性克隆含有：ATPase基因、蛋白激酶基因、反转录转座子基因和乙醇脱氢酶基因。其中所得棉花ATPase基因序列与拟南芥ATPase基因序列比较，两者均有25个外显子和24个内含子。其中外显子的同源性从48.5％至89.7％，内含子的同源性从22.1％至52.6％。根据陆地棉Y18RATPase基因序列预测的蛋白有1069个氨基酸，与拟南芥ATPase蛋白的1072个氨基酸比对，它们之间的一致性高达91％。
本论文首次通过抑制差减筛选和RACE技术，从陆地棉P30A×Y18RF2代可育幼蕾中分离克隆到3’端具有26S核糖体RNA基因部分序列的GH18Rorf392全长cDNA序列，该基因在棉花F2可育材料生殖器官组织，如幼蕾、铃壳、纤维和花中呈优势表达，这为以后进一步的实验证明该基因在棉花恢复系中所起的功能奠定了基础。
本论文还首次报道了陆地棉ATPase基因、预测的cDNA以及蛋白序列，这也有利于棉花细胞质雄性不育及其育性恢复方面的研究。