平邑甜茶无融合生殖发育与遗传特性分析及相关基因的功能鉴定

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1、山东农业大学博士学位论文平邑甜茶无融合生殖发育与遗传特性分析及相关基因的功能鉴定姓名：刘丹丹申请学位级别：博士专业：果树学指导教师：郝玉金20120612山东农业大学博士学位论文中文摘要无融合生殖是发育生物学领域的重要科学问题。与有性种子后代相比，无融合生殖后代的遗传背景与母本一致，不发生性状分离。在水稻和玉米等作物育种中，无融合生殖可以固定杂种优势：在苹果、柑橘、马铃薯和甘薯等无性繁殖植物中，无融合生殖产生无性种子，克服无性繁殖的不便，并能避免长期营养繁殖造成的亲本退化。鉴于无融合生殖在农业生产中的巨大应用潜力，并受到植物

2、学家和育种学家的广泛关注，对无融合生殖进行相关研究不仅具有重要的理论价值，而且具有潜在的实践意义。本文以兼性无融合生殖的野生苹果资源平邑甜茶(MalushupehensisRedll．var．pingyiensis)及其有性杂交群体为试材，探讨苹果属无融合生殖植物的发育和遗传特性及其分子机理。主要研究结果如下：1．平邑甜茶具有高度单性生殖和2n雌配子形成能力平邑甜茶胚囊由胚珠体细胞发育而来，并存在多胚囊现象，属于无孢子无融合生殖类型。通过连续3年的调查统计，发现平邑甜茶的单性生殖能力平均为94％，2n雌配子形成能力平均为95

3、％，说明平邑甜茶具有高度的单性生殖能力和无融合非减数分裂能力。2．平邑甜茶等苹果属无融合生殖资源的2n胚囊通过发育迟滞策略逃避受精平邑甜茶的2n胚囊能够正常受精，但由于发育滞后，当其发育成熟时，柱头已经衰老并失去授粉能力，从而逃避了受精过程，最终通过单性生殖形成无融合生殖种子，我们把这种现象称之为“FLD"。FLD现象在小金海棠和沙金海棠等其它无融合生殖苹果资源中也普遍存在，表明胚囊发育迟滞是苹果属无融合生殖过程的关键发育事件。3．缩短柱头寿命提高无融合生殖率．苹果属无融合生殖材料大部分进行的是兼性无融合生殖，自然授粉下可形

4、成有性种子，而通过喷施石硫合剂可以缩短柱头寿命，阻止授粉受精，从而降低杂种率，提高无融合生殖率。4．无融合非减数分裂和单性生殖独立遗传并共同决定无融合生殖利用平邑甜茶与舞美的杂交后代对无融合生殖特性进行遗传分析，结果表明，2n雌配子形成能力与单性生殖能力不偶联，是相互独立的发育事件，并且两者的乘积与无融合生殖率和FLD现象正相关。所以，平邑甜茶的无融合生殖由单性生殖和2n雌配子平邑甜茶无融合生殖发育与遗传特性分析及相关基因的功能鉴定形成两个发育事件组成，而胚囊发育迟滞现象是反映无融合生殖能力的关键早期发育事件。5．无融合生殖

5、相关基因的筛选和克隆平邑甜茶与舞美的杂交后代群体，根据无融合生殖能力的高低分为高一低无融合非减数分裂群体和高一低单性生殖群体，这两组群体的表达谱分析，筛选表达差异的无融合生殖相关基因。根据筛选结果选择MhFIE和MhMSll两个基因，克隆测序后发现二者均含有WD40保守区域，GFP融合蛋白分析发现，它们均定位于细胞核。6．MhFIE和MhMSll基因的功能鉴定为了鉴定MhFIE和MhMSll基因的生物学功能，将35S启动子驱动的MhFIE和MhMSll基因分别遗传转化拟南芥、番茄和苹果，实现两个基因在拟南芥和番茄等植物中的异

6、位表达，与对照相比，转基因株系的营养生长和生殖器官发育均表现出异常，表明MhFIE和MhMSll基因在植物营养生长与生殖生长中均具有重要功能。关键词：平邑甜茶；无融合生殖；胚囊发育；MhFIE；MhMSll；转基因；拟南芥；番茄山东农业大学博士学位论文AbstractApomixisisanattractivetraitindevelopmentalbiology．Comparedwimthesexualoffspring，progenyofapomixisarelargegeneticallyuniformandwitho

7、utcharacterseparation．Inthericeandcornbreeding，apomixisCanfixheterosis．Inaddition，apple，orange，potatoesandsweetpotatoesaretypicallypropagatedvegetatively．ifapomixisisintroducedtothem，theywouldproducedasexualseedswhichcanavoidinconvenienceinpropagationanddegradation

8、inlong-termvegetativepropagation．Therefore，apomixishasgreatpotentialapplicationinagriculturalproduction．Becauseofitshugepotentialutilizationinhyb