玉米ms2雄性不育突变体的表型分析与基因定位

摘要

玉米是我国最重要的粮食作物之一，其产量的提高主要依赖于杂种优势的利用。雄性不育是一种研究作物杂种优势利用的重要农艺学性状，玉米雄性不育基因的克隆不仅有助于解析玉米花药发育的分子机理，同时也为玉米杂交种的生产提供理论支撑。本研究主要以玉米ms2雄性不育突变体为研究材料，分析了玉米ms2突变体的败育时期及表型特征。对不同发育阶段的花药进行转录组测序，分析突变体花药在发育过程中的转录组变化。构建遗传分离群体，对候选基因进行精细定位。主要研究结果如下：
　　1、表型观察发现ms2突变体花药发育异常，到花药发育后期，花药干瘪皱缩不能正常散粉，表现为完全的雄性不育。对突变体花药发育过程进行了细胞学观察，发现ms2突变体花药小孢子败育起始于幼龄小孢子期，当花药发育至单核小孢子晚期时小孢子几乎全部降解，降解碎片残留在药室中。小孢子从四分体中释放后，初生壁上没有孢粉素前体物质沉积，花粉外壁不能正常发育。当花药发育到单核小孢子晚期时，突变体花药绒毡层降解异常，分布在绒毡层上的前乌氏体被破坏，不能形成正常的乌氏体结构。另外，在花药发育的近成熟花粉期，花药外壁发育异常，表皮上没有蜡质和角质单体积累。根据以上观察结果推测 MS2基因突变可能影响花药绒毡层发育，使其分泌和运输孢粉素以及脂类物质的功能受到阻碍，从而导致花粉壁和花药外壁无法正常发育。
　　2、玉米花药发育是一个复杂的过程，许多基因参与调控这一过程。本研究对野生型和 ms2突变体花药发育的1.5mm，2.5mm和3.5mm时期进行了转录组分析。基因差异表达分析结果显示，从花药发育的1.5mm阶段到3.5mm阶段，差异表达基因的数目逐渐增多且在3.5mm阶段大部分差异表达基因是下调表达的。Mapman富集分析结果表明，在花药发育的2.5mm和3.5mm阶段，差异表达基因主要在脂类代谢、细胞壁代谢、次级代谢和光反应代谢等过程中富集。
　　3、前人将MS2基因定位在玉米9号染色体长臂上分子标记TIDP8796和IDP523之间约400kb的范围内，但是至今仍然没有被克隆。本研究利用玉米自交系B73和PH4CV分别与突变体ms2构建F2分离群体对候选区间进行验证并且进一步缩小候选区间。对ms2突变体的遗传分析表明，该突变性状受一对主效单基因控制且表现为隐性遗传。利用 ms2×PH4CV F2分离群体中的1344个突变体单株将MS2基因定位在玉米9号染色体分子标记InDel8和InDel10之间约6Mb的范围内。另外，又利用ms2×B73 F2分离群体中的576个突变体单株将MS2基因定位在玉米9号染色体分子标记InDel12和InDel15之间约3Mb的范围内。综合两个群体的定位结果将MS2基因定位在玉米9号染色体分子标记InDel8和InDel15之间约2.2Mb的范围内。在初定位的基础上，进一步扩大群体进行精细定位。利用ms2×B73 F3分离群体中的4032个突变体单株将MS2基因定位在玉米9号染色体分子标记InDel25和SNP1之间380kb的区间内。

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第一章 引言

1.1 玉米雄性不育

1.2 玉米雄性不育的细胞学特征

1.3 图位克隆的原理和关键技术环节

1.4 玉米细胞核雄性不育基因研究进展

1.5 本研究的目的和意义

第二章 玉米ms2雄性不育突变体的表型分析

2.1 材料和方法

2.2 结果与分析

2.3 讨论

第三章 玉米ms2雄性不育突变体的转录组分析

3.1 材料和方法

3.2 结果与分析

3.3 讨论

第四章 ms2突变体的遗传分析和定位

4.1 材料和方法

4.2 结果与分析

4.3 讨论

第五章 全文结论

1. 玉米ms2雄性不育突变体的败育时期及特征

2. 玉米ms2雄性不育突变体的转录组分析

3. MS2基因的精细定位

参考文献

附录

致谢

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