甜椒胞质雄性不育系选育与分子标记筛选及败育的生化特性研究

论文摘要

辣椒（Capsicum annuum L.）原产中南美洲,属茄科辣椒属一年生或多年生植物。它现在已经成为我国第二大蔬菜作物,年种植面积大约在135万公顷。辣椒具有明显的杂种优势,生产上以蕾期人工去雄授粉生产一代杂交种为主,而利用雄性不育尤其核质互作雄性不育（CMS）生产杂交种子是迄今为止简化制种工序、降低制种成本、保证杂交种子纯度、预防亲本流失的最有效途径。利用甜辣椒CMS系配制杂交品种是当今世界甜辣椒育种的热点。本文通过研究甜椒CMS的遗传规律、恢复系的筛选、创制与利用、CMS花粉败育机理及与不育基因相关的分子标记,对于探讨甜椒CMS雄性不育机理和分子标记辅助育种以及杂种优势利用均具有重要的理论指导意义。主要研究结果如下:1.选育了甜椒CMST6A和CMSMCA以辣椒CMS21A为母本,高灯笼形甜椒T6和长灯笼形甜椒MC为轮回父本,采用“饱和回交”法,经过连续多代回交和轮回父本自交,选育新的甜椒胞质不育系CMST6A和CMSMCA及其相对应的保持系T6B和MCB。CMST6A的不育性受一对隐性基因控制。I2-KI染色后镜检表明,CMST6A不育花粉率占98.4%;CMSMCA不育花粉率占97.8%。2.甜椒CMST6A育性恢复基因分布测交鉴定育性结果表明,被测甜椒和辣椒品种可以划分为三个类型:保持型、恢复型、育性分离类型。尖辣椒品种中容易找到甜椒CMS育性恢复基因;而甜椒品种中容易找到保持CMS育性的不育基因。84-1、匈奥804、湘紫13、伏M、线椒、NT2M、牛-1、5-2R1和5-2R3这9个恢复系的恢复基因处于同一位点。3.甜椒CMS恢复系的创造及其杂种优势利用利用花丝和花柱为白色的南京苜蓿园早辣椒、花丝和花柱为紫色的北方扁灯笼形甜椒,花丝和花柱为白色的高灯笼形甜椒5-2和甜椒CMS8A、CMS17A、CMS延A、CMS金A及辣椒CMS21A、CMS阴早A为材料,采用杂交、回交、自交和测交手段,育成与父本5-2性状近似的甜椒恢复系5-2R1、5-2R2和5-2R3以及“三系配套”品种江蔬5号甜椒（CMS8A×5-2R1）、牛角椒组合“CMS21A×5-2R1”、“CMS阴早A×5-2R1”,“CMST6A×匈奥804”、“CMSMCA×匈奥804”。4.甜（辣）椒自交系的RAPD分析采用RAPD技术分析了来自国内外42份甜辣椒自交系的DNA多态性。筛选出的23个特异多态性好引物共扩增出133条带,其中111条为多态带。UPGMA树状图显示,遗传距离为0.124时可将这些甜辣椒划分为3组。育性恢复辣椒在Ⅰ,Ⅱ、Ⅲ组内均有分布,说明在分子水平上恢复基因在供试辣椒自交系中的分布是随机的。5.甜椒CMS不育基因的RAPD标记和ISSR标记运用RAPD和ISSR技术分析了甜椒CMST6A和保持系T6B的基因组DNA差异。获得了一个与甜椒CMS不育性相关的特异片断RAPDAO191400。序列测定结果表明,该片断序列全长为1378bp。根据序列测定结果,设计的一对特异引物将RAPDAO191400标记转化为更稳定的SCAR标记SCAO19498。ISSR分析研究得到一个与甜椒CMS不育相关的特异片断ISSR-8840,该片段编码的氨基酸序列同源性检索发现与茄属番茄第4染色体上克隆的LEHBa-20F17基因的序列有52%的同源性和67%的相似性。6.甜椒CMS系及其保持系的生化特性不育系中游离脯氨酸和游离赖氨酸含量均明显低于相应的保持系;不育花药中严重缺乏游离脯氨酸;不育花药中游离苏氨酸和精氨酸含量均明显高于相应的保持系;不育系中游离氨基酸总量则明显低于保持系。无论是在叶片中还是在花药中,不育系可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、CAT活性均低于其保持系;而SOD和POD活性则高于其保持系。说明上述物质含量和酶活性变化可能与甜椒CMS系的雄不育有关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词表
• 前言
• 第一部分 文献综述
• 第一章 植物雄性不育研究进展
• 第一节 雄性不育的遗传类型与遗传方式及不育基因的来源
• 1 植物雄性不育类型和遗传机制
• 1.1 GMS,NMS
• 1.1.1 隐性核不育
• 1.1.2 显性核不育
• 1.1.2.1 单基因控制的显性核不育
• 1.1.2.2 基因互作显性核不育
• 1.2 CMS
• 2 不育基因的来源
• 第二节 植物雄性不育细胞学研究进展
• 1 植物雄性不育的花药特征
• 2 雄性不育败育的主要时期和形式
• 3 雄性不育与绒毡层的关系
• 4 雄性不育超微结构的观察研究
• 第三节 植物雄性不育的生理生化研究
• 1 物质代谢与雄性不育
• 2 能量代谢与雄性不育
• 3 活性氧代谢与雄性不育
• 4 内源植物激素与雄性不育
• 5 雄性不育的败育原因
• 第四节 分子标记技术在蔬菜雄性不育研究上的应用
• 1 白菜
• 2 甘蓝
• 3 萝卜
• 4 甜（辣）椒
• 5 洋葱和大葱
• 6 西瓜
• 第二章 甜辣椒雄性不育研究进展
• 1 甜辣椒种质资源
• 1.1 辣椒的起源与传播
• 1.2 辣椒的分类
• 1.3 甜辣椒的遗传多样性
• 2 甜辣椒GMS和CMS研究进展
• 2.1 雄性不育的遗传
• 2.2 雄性不育花粉败育的细胞学研究
• 2.3 雄性不育的生化研究
• 3 雄性不育在甜辣椒杂优利用上的研究
• 3.1 雄性不育恢复基因的分布
• 3.2 雄性不育恢复基因的定位
• 3.3 雄性不育在甜辣椒杂种生产上的应用
• 第二部分 研究报告
• 第三章 甜椒CMST6A和CMSMCA的选育
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 CMST6A和CMSMCA的选育方法
• 1.2.2 农艺性状对比观察
• 1.2.3 育性调查方法
• 1.2.4 花粉活力测定
• 1.2.5 不育性状的遗传检测
• 2 结果与分析
• 2.1 CMS T6A和CMSMCA的选育程序
• 2.2 CMST6A农艺性状研究
• 2.2.1 CMST6A与保持系T6B植株形态比较
• 2.2.2 CMST6A与T6B花器形态比较
• 2.2.3 CMST6A与T6B果实形状比较
• 2.3 CMS T6A和CMSMCA花粉育性观察
• 2.4 CMST6A和CMSMCA花粉活性测定
• 2.5 CMST6A不育性状的遗传分析
• 3 讨论
• 3.1 甜椒CMS系选育
• 3.2 甜椒CMS系花粉特征
• 3.3 甜椒CMST6A和CMSMCA的应用价值
• 第四章 甜（辣）椒自交系恢复基因的分布研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 育性鉴定
• 1.2.2 恢复基因的等位性研究
• 2 结果与分析
• 2.1 甜椒CMS测交后代分类
• 2.2 CMST6A的保持源和恢复源的筛选
• 2.3 CMST6A恢复基因分布研究
• 2.4 恢复基因的等位性研究
• 3 讨论与结论
• 第五章 甜椒CMS恢复系的创造及其杂种优势利用
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 田间试验
• 1.2.2 育性调查
• 2 结果
• 2.1 甜椒恢复系的创造
• 2.2 甜椒恢复材料的主要特征特性
• 1在甜（辣）椒一代杂种选育中的应用'>2.3 恢复系5-2R₁在甜（辣）椒一代杂种选育中的应用
• 1测交育性调查和恢复株率'>2.3.1 5-2R₁测交育性调查和恢复株率
• 1等在育种上的应用'>2.3.2 甜椒CMS恢复系5-2R₁等在育种上的应用
• 3 讨论
• 第六章 甜（辣）椒自交系亲缘关系的RAPD分析
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 DNA制备及检测
• 1.2.2 RAPD扩增
• 1.2.3 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 引物的筛选和RAPD多态性
• 2.2 甜（辣）椒的遗传多样性分析
• 3 讨论
• 第七章 甜椒CMS的不育基因分子标记
• 第一节 甜椒CMS不育基因的RAPD分子标记及转化为SCAR标记研究
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料
• 1.2 试剂和酶类
• 1.3 方法
• 1.3.1 育性调查与分类
• 1.3.2 基因组DNA提取
• 1.3.3 DNA纯度鉴定
• 1.3.4 不育池和可育池的构建
• 1.3.5 引物筛选
• 1.3.6 PCR扩增
• 1.3.7 琼脂糖凝胶电泳与凝胶成像系统拍照分析
• 1.4 特异条带回收纯化、转化、克隆、测序与序列分析
• 1.4.1 回收与纯化
• 1.4.2 特异条带的克隆与测序
• 1.4.3 SCAR引物设计、SCAR扩增、回收和克隆测序
• 1.4.4 DNA序列分析
• 2 结果与分析
• 2.1 CMS T6A及其保持系T6B基因组DNA质量检测结果
• 2.2 引物扩增结果
• 2.3 CMS T6A及其保持系T6B基因组DNA的RAPD标记筛选
• 1400的克隆和序列分析'>2.4 差异片断AO19₁₄₀₀的克隆和序列分析
• 2.5 RAPD标记转化为SCAR标记
• 3 讨论
• 第二节 甜椒CMS不育基因ISSR分子标记研究
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料
• 1.2 试剂和仪器
• 1.3 方法
• 1.3.1 基因组DNA提取
• 1.3.2 DNA纯度鉴定
• 1.3.3 不育池和可育池的构建
• 1.3.4 引物筛选
• 1.3.5 PCR扩增
• 1.3.6 琼脂糖凝胶电泳与凝胶成像系统拍照分析
• 1.3.7 差异片断的回收纯化克隆序列分析
• 2 结果与分析
• 2.1 CMST6A及其保持系T6B基因组DNA质量检测结果
• 2.2 引物扩增结果
• 2.3 CMS T6A及其保持系T6B基因组DNA的ISSR标记筛选
• 1500的克隆序列分析'>2.4 差异片断ISSR-8₁₅₀₀的克隆序列分析
• 3 讨论
• 第八章 甜椒CMS系及其保持系的生化特性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 游离氨基酸含量的差异
• 2.2 可溶性糖和可溶性蛋白质含量变化
• 2.3 酶活性分析
• 2.3.1 POD
• 2.3.2 SOD
• 2.3.3 CAT
• 3 讨论与结论
• 全文讨论
• 1.甜椒CMS雄性育性的恢复性和甜椒CMS恢复系的创建在育种中的应用
• 2.甜辣椒自交系亲缘关系的RAPD分析
• 3.分子标记辅助育种在甜椒CMS系选育中应用
• 4.甜椒CMS的生理生化机制
• 全文结论
• 1.甜椒CMST6A和CMSMCA的选育
• 2.辣椒自交系恢复基因分布研究
• 3.甜椒CMS恢复系的创造及其杂种优势利用
• 4.甜辣椒自交系亲缘关系的RAPD分析
• 5.甜椒CMS不育基因的分子标记及RAPD标记转化为SCAR标记
• 6.甜椒CMS系及其保持系的生化特性分析
• 全文创新之处
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文