【摘 要】
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光温敏感雄性核不育水稻（PTGMS）作为一种重要的种质资源,其光温诱导的雄性不育性发生过程和不育性稳定性一直是两系杂交水稻基础研究的热点。培矮64S（PA64S）是我国两系杂交水稻应用面积较大的光温敏不育系之一,其花粉育性受光照和温度调控,但育性受温度调控的机制尚不清楚。本研究选用不同育性临界温度的PA64S近等基因系PA2364S、PA2864S为材料,通过对不同温度处理下的育性差异植株花药细胞
【基金项目】
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湖北省农业科技创新计划； 国家重点研发项目（2016YFD0300207）；
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光温敏感雄性核不育水稻（PTGMS）作为一种重要的种质资源,其光温诱导的雄性不育性发生过程和不育性稳定性一直是两系杂交水稻基础研究的热点。培矮64S（PA64S）是我国两系杂交水稻应用面积较大的光温敏不育系之一,其花粉育性受光照和温度调控,但育性受温度调控的机制尚不清楚。本研究选用不同育性临界温度的PA64S近等基因系PA2364S、PA2864S为材料,通过对不同温度处理下的育性差异植株花药细胞学观察、免疫荧光染色和生理生化检测,探究花药发育过程中绒毡层的细胞程序化死亡（PCD）进程、活性氧（ROS）产生、抗氧化物质积累和基因表达水平差异,丰富温度诱导PTGMS水稻花粉育性转换过程的生物学基础。获得的主要研究结果如下:1.研究材料的花粉育性具有明显的温度调节敏感性。PA2364S和PA2864S在长光照（14.0 h）不同温度（30℃和21℃）处理下,花粉育性发生了彻底转换:2个材料在30℃处理下均无可育花粉,花粉败育率100%,无自交结实;在21℃处理下2个材料表现为不同程度可育,花粉碘染率和自交结实率达35.0%～40.0%。2.采用花药半薄切片甲苯蓝染色、透射电镜和TUNEL检测,观察不同温度处理下的花药细胞学变化和PCD特征。不同温度处理材料在花药发育第8a-8b期均未观察到明显差异,第9期时低温处理的可育材料的花药表现出明显的绒毡层降解、DNA片段化特征,至11期时DNA片段化现象消失,绒毡层完全降解;高温处理的不育材料第9期DNA片段化程度低,绒毡层细胞无明显降解过程,至第11期时才出现明显的DNA片段化特征,绒毡层降解延迟,至第12期仍存在绒毡层。参与水稻花药绒毡层PCD的相关基因TDR、Os PTC2、EAT1和UDT1在高温处理不育材料花药中表达水平低,在低温处理可育材料花药中表达量高,说明温度调控了绒毡层的PCD进程。3.使用ROS反应性染料NBT和DAB对不同温度处理材料花药中O2.-和H2O2进行染色发现,21℃处理可育材料在花药发育第9期ROS信号较强,而在30℃处理不育材料的ROS信号在11期较强。通过测定育性差异植株花药中ROS含量发现其结果与ROS染色结一致。说明低温处理可育植株花药的ROS峰值出现在花药发育前期,高温处理不育植株花药的ROS峰值后移。花药中抗氧化酶POD、SOD和CAT活性均在9期含量低,11期含量高,不响应ROS表达趋势,而APX活性变化与ROS表达变化趋势相反。表明APX可能是参与花药ROS反应的主要抗氧化酶。4.对不同温度处理的花药发育第9期和第11期的miR528、AO和ASA的检测结果表明,高温处理不育材料中高表达的miR528负调控AO的表达,ASA的含量增加,不育材料前期的ROS水平降低。以上结果初步说明:2个PA64S近等基因系材料在不同温度下花药miR528-AO介导调节抗氧化物质和ROS水平、花药PCD进程、绒毡层降解进程均存在差异,从而调节水稻花粉育性。
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