化学杂交剂sq-1诱导小麦生理型雄性不育的作用方式及其分子机理研究

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1、Classificationcode:S512.1Universitycode:10712UDC:633.1Postgraduatenumber:2012060020Confidentialitylevel:PublicDissertationforDoctorDegreeNorthwestA＆FUniversityin2015THEMOLECULARMECHANISMANDACTIONMODEOFWHEATPHYSIOLOGICALMALESTERILITYINDUCEDBYCHEMICALHYBRIDIZINGAGENTSQ-1Major:CropGeneticsand

2、BreedingResearchfield:PlantGenomicsandProteomicsNameofPostgraduate:ZhuQidiAdviser:Professor.ZhangGaishengDateofsubmitted:May2015YanglingShaanxiChina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。化学杂交剂SQ-1诱导小麦生理型雄性不育的作用方式及其分子机理研究摘

3、要小麦作为世界上最主要的一种粮食作物，在我国的粮食作物生产中占有极其重要的地位。利用小麦杂种优势不但可以提高小麦的产量，还能够改善小麦的品质。小麦化学杂交剂SQ-1具有很好的杀雄效果，并且对雌蕊没有明显的副作用，异交结实率比较高，同时还能够灵活地配制杂交亲本组合，极大地提高了选育小麦杂交种的效率。然而，SQ-1诱导的小麦雄性不育机制至今还不是十分的清楚，特别是小麦化学杂交剂SQ-1的作用方式（粒子传递还是信息传递）、小麦雄性不育关键基因和代谢途径以及它们之间的相互关系都不是十分清晰，这些都极大地限制了新型小麦化学杂交剂的研发和应用。本研究建立和优化了小麦化学杂交剂SQ-1的

4、检测方法，同时分析SQ-1在小麦植株的动态消解、传递方向以及作用方式。另外，对小麦生理型雄性不育系和可育系花药进行小RNA测序和转录组测序，揭示它们在小RNA水平和转录水平上的表达差异，旨在筛选与小麦雄性不育相关的关键基因及其参与的代谢反应，为创制出一种新的化学杂交剂提供潜在靶标与理论基础，促进化学杂交剂在我们国家的推广与使用。获得的主要结果和结论如下：（1）对以前小麦籽粒中化学杂交剂SQ-1的前处理方法，即液-液萃取技术进行了改进和优化，采用固相萃取技术对小麦籽粒样品进行提取和净化，该方法不仅操作流程简便，而且极大地降低了成本。同时，建立了小麦叶片、小花等样品QuEChE

5、RS前处理方法，化学杂交剂SQ-1具有很好的线性范围：1.0～60.0mg/L（r=0.9999），它的线性方程是：y=30952x-8537。3种添加水平10mg/kg，25mg/kg以及50mg/kg的空白小麦叶片平均添加回收率为91.27%～96.48%，它们的RSD是1.60%～1.99%。而3种添加水平小麦小花的平均添加回收率分别为90.77%～97.21%，它们的RSD分别是1.27%～2.45%，该方法不但操作步骤上简单方便，极大地提高了化学杂交剂SQ-1的检测效率，而且操作过程中不需要昂贵的仪器设备，同时也能够在短时间内大批量处理样品。（2）化学杂交剂SQ-

6、1喷施到小麦植株后，是通过粒子传递的方式从叶片运输到生殖器官（小花、花药等），并且迅速地在小麦花药中积累，在小麦小孢子生长发育的重要时期（即减数分裂时期到单核时期），花药中SQ-1浓度很高，引起花药中一系列的生理生化反应发生异常，严重阻碍了花粉的正常生长和发育，最后致使花粉败育。另外，化学杂交剂SQ-1在小麦植株中几乎不能从主茎运输到分蘖，也几乎不能从分蘖运输到主茎以及分蘖之间也几乎不能相互运输。同时化学杂交剂SQ-1可以少量地从小麦根部运输到小麦叶片，但是几乎不能从小麦叶片运输到根部。化学杂交剂SQ-1还有时间效应和剂量效应，保证喷施化学杂交剂SQ-1后6h不能下雨，至少

7、4h不能下雨。过高剂量的化学杂交剂SQ-1会引起小麦抽穗困难，甚至导致植株死亡，而过低剂量的化学杂交剂SQ-1又容易引起败育程度低，严重影响小麦杂交种的纯度。因此，喷施化学杂交剂SQ-1需要选择合适的剂量。（3）对小麦生理型雄性不育系和可育系进行小RNA测序和功能注释，总共检测到36个已知差异表达miRNA，其中tae-miR156和tae-miR159a轻微下调表达，tae-miR167a轻微上调表达，而tae-miR160显著下调表达。此外，在小麦可育系和不育系中总共检测到86个显著差异表达的miRNA，上调表