一个水稻雄性不育突变体XS1的形态特征和遗传定位

论文摘要

植物雄性不育现象是指其在植物在有性繁殖过程中不能产生正常可育雄配子体的遗传现象,它广泛存在于开花植物中。目前在水稻上报道的雄性不育突变体或基因已经有数十个。水稻成熟花粉粒的形成起始于花粉囊中,小孢子母细胞减数分裂产生的小孢子,后者进一步发育形成功能花粉粒。当花粉囊裂开时,成熟的花粉粒被释放出来,从而参加受精过程。任何参与雄蕊发育、孢原细胞分化、减数分裂、小孢子的有丝分裂和花粉分化等过程基因的突变,均能引起花粉的发育异常,最终导致雄性不育。近年来,随着水稻基因组测序的完成、EST库和突变体库的构建及基因表达谱分析等工作的开展,水稻花粉发育的分子机理研究取得了一定的进展。XS1是一个源于自然突变的水稻雄性不育突变体,自然及强制授粉均表现完全不育,解剖观察发现,其花丝细长,花药干瘪,呈白色透明状。碘染证实XS1花粉囊为空腔,没有花粉粒着色;石蜡切片发现突变发生的原因在于小孢子在单核后期发生粘连凝聚而导致的液泡化进程受阻。突变体在花粉母细胞开始发育到减数分裂完成,和正常株相比较无显著差异,小孢子的形成过程是完全正常的,四分体末期形成小孢子后,小孢子的发育开始出现异常。野生型小孢子后期进行液泡化,体积逐渐增大,核发生浓缩,最后经有丝分裂形成正常的花粉粒。而突变型小孢子后期有进行液泡化的趋势,但是在液泡化早期即出现小孢子粘连,继而形成凝聚物,未能进行有效的液泡化,后期凝聚物逐渐降解形成空腔,没有形成正常的花粉粒,导致不育。以突变体作为母本,与多个水稻材料杂交衍生F2群体,或利用杂交F1与突变体回交衍生BC1F1代植株,调查突变性状在各种背景下的分离。结果表明,所有群体的F1植株均表现正常可育,F2或BC1F1出现育性分离,说明该育性基因受核基因控制而不受胞质基因组的影响,可育相对不育为显性。在所有F2群体中,育性分离均符合3:1的分离比例,而BC1F1植株则符合1:1的分离规律,表明该不育性状实为单个基因控制的隐性突变。利用水稻的512对SSR引物分析雄性不育突变体和G630,筛选在两个亲本间具有多态性的引物。差异标记分别在由亲本、4株可育株、6株不育株构成的小群体中进行初步的连锁分析。发现位于第4染色体上的SSR标记RM470、RM303、RM317与突变性状存在连锁关系。进一步用这3个标记对F2群体的所有隐性单株（432株）进行扫描,结果证实上述3个标记与VR1表现明显的连锁,且位于基因一侧,遗传距离分别为3.4CM,2.6CM,2.4CM。结合导致不育的原因,我们将该基因命名为VR1（Vacuolation retardation）。VR1是首次报道的位于水稻第4染色体上雄性育性控制基因。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• Ⅰ 文献综述
• 1 植物雄性不育的研究及进展
• 1.1 植物雄性不育的特征及类型
• 1.2 水稻雄性不育的细胞学特征
• 1.3 植物雄性不育的遗传机制
• 1.4 植物雄性不育生物学研究进展
• 2 水稻生长发育的细胞生物学基础
• 2.1 水稻花药的发育和结构
• 2.2 水稻花粉发育过程
• 2.3 控制水稻花粉发育过程的关键基因
• 2.3.1 绒毡层及其它壁细胞与小孢子发育
• 2.3.2 胼胝质与小孢子发育
• 2.3.3 减数分裂及其遗传控制
• 2.3.4 花药的开裂
• 3 分子标记的种类即其在作物育种中的应用
• 3.1 分子标记的种类
• 3.1.1 限制性片段长度多态性
• 3.2 以PCR（聚合酶链式反应）为基础的分子标记
• 3.2.1 随机扩增多态性DNA
• 3.2.2 特定序列位点
• 3.2.3 扩增片段长度多态性
• 3.3 分子标记在作物育种中的应用
• 3.3.1 分子图谱构建和基因定位
• 3.3.2 DNA指纹库的建立
• 3.3.3 分子标记辅助选择
• 3.3.4 F1杂种优势析
• 3.3.5 基于图谱克隆基因
• 4 基因定位及克隆的方法与策略
• 4.1 基因定位的原理和方法
• 4.1.1 非整倍体法
• 4.1.2 标记基因系
• 4.1.3 相互易位法
• 4.1.4 分子标记法
• 4.1.4.1 近等基因系法
• 4.1.4.2 群分法（BSA）
• 4.2 基因克隆的方法
• 4.2.1 常用的目的基因克隆技术
• 4.2.1.1 通过已知基因产物的分析和鉴定
• 4.2.1.2 通过遗传表型分析
• 4.2.1.3 以图谱为基础的定位克隆技术
• 4.2.2 发展中的基因克隆新技术
• 4.2.2.1 研究缺失突变体的表型着手分离基因
• 4.2.2.2 从大的基因组区域直接分离编码序列
• 4.2.2.3 通过研究mRNA差异表达筛选克隆基因
• 4.2.2.4 表型克隆法
• 4.2.2.5 应用DNA芯片技术筛选新基因
• 5 本研究的目的及意义
• Ⅱ 材料和方法
• 1 材料
• 1.1 植物材料
• 2 实验方法
• 2.1 突变体小花形态特征
• 2.2 石蜡切片
• 2.2.1 石蜡切片的取材
• 2.2.2 石蜡切片的过程
• 2.2.2.1 染色
• 2.2.2.2 脱水
• 2.2.2.3 透明与浸蜡
• 2.2.2.4 包埋
• 2.2.2.5 切片观察
• 2.3 突变性状的遗传分析
• 2.4 雄性不育基因的初步定位
• 2.4.1 水稻叶片总DNA的提取
• 2.4.1.1 大量提取法
• 2.4.1.2 微量提取法
• 2.5 微卫星标记
• 2.5.1 微卫星引物的合成
• 2.5.1.1 PCR扩增
• 2.5.1.2 电泳
• 2.5.1.3 遗传作图
• Ⅲ 结果与分析
• 1.突变体外观形态
• 2.突变体花药石蜡切片
• 3.突变性状的初步遗传分析
• 4.雄性不育初步定位
• Ⅳ 讨论
• 1 VR1是一个新的水稻雄性控制基因
• 1.1 突变体不育源于液泡化受阻
• 1.2 VR1与已报道雄性育性基因不等位
• 2 关于植物雄性不育研究的思考
• 2.1 加强细胞生物学研究
• 2.2 探讨育性控制基因间的互作
• 3 隐性核不育的应用
• 参考文献
• 致谢
• 硕士在读期间发表论文情况