萍乡显性核不育水稻育性相关基因的定位和遗传分析(英文)

萍乡显性核不育水稻(Pingxiang Dominant Genic Male Sterile Rice,PDGMSR)是在水稻中首次发现的显性核不育材料,其育性由两对显性基因互作控制,一对是萍乡显性核不育基因Ms-p,另一对是显性上位恢复基因(dominant epistatic fertility restorer gene,Rfe)。两者共同存在时显性上位恢复基因能抑制不育基因的表达,从而使育性表现可育。本实验用一个对萍乡显性核不育水稻有恢复能力的水稻品种E823与萍乡显性核不育水稻配制杂交组合,将(萍乡核不育水稻/E823)F2作为定位群体,根据F3株系的育性分离,选择育性分离株系对应F2单株(基因型为Ms-pMs-pRefrfe和Ms-pms-pRferfe)构建可育池,用对应F2株系中的不育单株(基因型为Ms-pMs-prferfe或Ms-pms-prferfe)构建不育池,将显性上位恢复基因Rfe定位在水稻10染色体RM311和RM3152一侧,遗传距离分别为7.9cM和3.6cM。根据已有的Ms-p的定位结果,合成10染色体部分微卫星引物,对不育单株进行分析,发现RM171和RM6745位于Ms-p的两侧,距离分别为0.3cM和3.0cM。根据10染色体的测序结果,将Ms-p界定在约730kb的范围内,并构建了Ms-p的电子重叠群。植物显性核不育的育性恢复机理存在“复等位基因”和“显性上位互作”两种假说,贺浩华等用经典的遗传学方法证明了萍乡显性核不育水稻育性恢复的遗传机理属于“显性上位互作”。理论上认为,确定其遗传机理最为有效的方法是基因定位,如果不育基因和恢复基因位于同一位点,则其遗传机理属于“复等位基因”,否则为“显性上位互作”。本实验将不育基因和恢复基因定位在水稻10染色体不同的位点,用基因定位的方法证实了萍乡显性核不育水稻育性恢复的遗传机理属于“显性上位互作”。

萍乡显性核不育水稻不育株与可育株同工酶比较分析

对萍乡显性核不育水稻纯合不育株、杂合不育株和隐性可育株幼穗发育期的叶片、幼穗和花药中3种同工酶表达进行了比较分析,结果表明:叶片中,不育株(纯合与杂合)与可育株的酯酶(EST)、过氧化物酶(POD)、细胞色素氧化酶(COD)的同工酶酶谱未见差异,且在幼穗发育的不同时期也基本相同;幼穗中,不育株(纯合与杂合)与可育株的EST、POD、COD的同工酶酶谱在雌雄蕊形成期存在差异,与可育株的同工酶酶谱相比,不育株除在谱带的显色速度、颜色和带宽上存在差异外,在谱带数及其分布未见差异;在单核期花药中,不育株(纯合与杂合)比可育株多1条EST、少2条POD和2条COD同工酶带,在三核期也呈上述特征。表明水稻显性核不育基因在叶片中不表达、幼穗中部分表达和花药中充分表达,水稻显性核不育基因表达具有组织的时空和特异性。花药发育过程中基因表达程序的扰乱是引起花粉败育的最主要的原因。

萍乡显性核不育水稻幼穗发育时期可溶性蛋白质含量的变化研究

对萍乡显性核不育水稻纯合不育株、杂合不育株与隐性可育株3种不同基因型植株幼穗发育期的叶片、幼穗和花药中的可溶性蛋白质含量变化进行了比较分析。结果表明,显性核不育水稻3种不同基因型植株在幼穗发育时期叶片中的可溶性蛋白质含量差异不大,且变化趋势相同;不育株(纯合与杂合)幼穗中可溶性蛋白质的含量在雌雄蕊形成期与可育株基本相同,而在花粉母细胞形成期和花粉母细胞减数分裂期迅速下降;不育株(纯合与杂合)花药内可溶性蛋白质含量明显低于可育株,这是不育株花粉败育的一个重要生理特征。

萍乡核不育水稻的新恢复系及遗传分析

在构建萍乡核不育水稻显性核不育基因定位群体时,我们意外发现一些前人报道的保持系表现出恢复性,为此本试验对这几个品系与萍乡核不育水稻杂交后代育性分离做了系统的分析。结果表明,萍乡核不育水稻不育单株与可育单株杂交F1代的不育株与可育株按1:1分离,高温自交后代不育株与可育株按3:1分离。萍乡核不育水稻不育单株分别与桂99、特青和9311BB23杂交,它们的F1代均可育,表现恢复性。由F1代产生的F1:2家系中出现全可育群体和育性分离群体的比例为1:1。其中育性分离群体中不育株与可育株按3:13进行分离。从育性分离的F1:2家系中的可育株自交产生的F2:3家系出现全可育群体和育性分离群体的比例为7:6。这些分离规律表明,桂99、特青和9311BB23具有恢复基因,并对萍乡核不育水稻的显性核不育基因表现出显性上位作用,能抑制显性不育基因的表达,从而使不育性转变为可育。

萍乡显性核不育水稻的研究现状及利用前景

萍乡显性核不育水稻的发现在水稻上属世界首例。从萍乡显性核不育水稻的发现、生物学特征特性、遗传分析、相关基因定位、光温特性、败育机理、育种应用等方面进行了综述,并对其利用前景进行了展望。