sq-1诱导的小麦雄性不育花药物质代谢及mirna研究和不育相关基因f8-1的功能分析

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1、分类号：S512.1学校代码：10712UDC：633研究生学号：2011060006密级：公开2015届攻读博士学位研究生学位（毕业）论文SQ-1诱导的小麦雄性不育花药物质代谢及miRNA研究和不育相关基因F8-1的功能分析学科专业：作物遗传育种研究方向：植物功能基因组学与蛋白质组学研究生宋瑜龙指导教师：张改生教授完成时间：2015.04中国陕西杨凌Classificationcode:S512.1Universitycode:10712UDC:633Postgraduatenumber:2011060006C

2、onfidentialitylevel:NoconfidentialDissertationforDoctorDegreeNorthwestA＆FUniversityin2015THESTUDYONMIRNAANDMETABOLISMINANTHERSOFAMALE-STERILEWHEATINDUCEDBYTHECHEMICALHYBRIDIZINGAGENTSQ-1ANDFUNCTIONANALYSISOFFERTILITYRELATEDGENEF8-1Major:CropGeneticsandBreedin

3、gResearchfield:PlantGenomicsandProteomicsNameofPostgraduate:SongYulongAdviser:ProfessorZhangGaishengDateofsubmitted:2015.04YanglingShaanxiChina本研究得到国家“863”计划重大专项(No.2011AA10A106)、国家自然科学基金项目(No.31071477,31171611)和陕西省科技统筹创新工程计划(No.2014KTZB02-01-02)项目资助。SQ-1诱导的小

4、麦雄性不育花药物质代谢及miRNA研究和不育相关基因F8-1的功能分析摘要目前，水稻、玉米、油菜等作物均已实现了依赖雄性不育系大面积生产杂交种，并在生产实践中取得了瞩目的经济效益。在小麦杂种优势利用方面，我们课题利用自主研发的小麦新型化学杂交剂SQ-1，诱导小麦产生生理型（PHYMS）不育并实现了小麦杂交亲本的随机组合，并组配出了一批杂交小麦新品种（材料），如西杂1号、西杂5号、西杂9号等，但其不育机理目前仍未研究清楚。本文从花粉粒物质积累层面，探讨了PHYMS花粉粒败育与能量物质积累、花粉粒结构之间的关系。随后

5、，高通量测序鉴定了花药特定组织小RNA的表达，并分析了不育和可育材料同一时期差异保守miRNA及其靶基因功能；最后，利用电子克隆技术获得了一个与生理型雄性不育相关的花粉特异性表达的基因序列，并对该基因做了初步研究，获得的主要结果及结论如下：1.首先通过形态观察发现，特定时期特定浓度的SQ-1可以诱导西农1376小麦株型、雌蕊活性等方面不受影响，但雄性不育率可以高达99%以上；单核晚期至三核期，PHYMS-1376小孢子细胞核分裂迟缓，大部分小孢子细胞核在二核期停止分裂，即使少数小孢子可分裂至三核期，但核型也表现为

6、不正常的圆点状。2.通过扫描电镜及光学显微镜观察CK-1376和PHYMS-1376小麦三核期花粉粒外壁外侧和各发育时期物质（淀粉、蛋白质和脂类）积累表明，与CK-1376相比，PHYMS-1376花粉粒呈干瘪的不规则多面体，且花粉粒外壁无乌氏体或营养物质富集；PHYMS-1376绒毡层细胞降解代谢持续时间延长（四分体时期提前开始，二核期仍有部分绒毡层残留），致使花药绒毡层细胞内营养物质不能定时足量地释放出来以供给小孢子正常的生长发育，最终导致花粉粒体积减小，内壁结构发育不充分，缺少必要的物质积累，最后表现为花粉

7、粒雄性不育。值得注意的是，本研究首次发现了小孢子的另外一种物质摄入方式，花粉粒内壁通过花粉粒萌发孔用内吞的方式将绒毡层代谢的乌氏体或球状体摄入进小孢子内。3.通过建立CK-1376及PHYMS-1376花药小RNA文库，本文在四个小RNA库中分别获得小RNACleanReads序列数11351207、11446429、11671120、11407681和UniqueReads序列数3984769、3812079、4132493、4792376，并且在四个数据库中共确定了归属于78个家族的102个保守的miRNA。

8、此外，分析小麦花药中差异表达的保守miRNA，结果发现miR9774、miR397、miR159、miR9652、miR396、miR9664、miR9655、miR9661、miR9663、miR160、miR9658、miR9774.miR9677等多个miRNA可能参与花药结构发育及花药内物质代谢途径。同时，通过比较CK-1376和PHYMS-1376花药单核早期和