茉莉酸参与光周期诱导光敏核不育水稻育性转换的研究

摘要

两系法杂交水稻为水稻杂种优势利用提供了新的技术途径，而探明两用不育系育性转换机理则是该技术的理论与应用基础。本研究从光敏感核不育材料育性转换的转录组差异结果中获得了茉莉酸合成相关基因的表达差异信息，对长光不育型水稻农垦58S、短光不育型水稻D52S进行光周期育性诱导，在穗发育的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ期对叶片JA总含量及JA合成途径关键酶LOX、AOS、AOC和OPR的酶活性进行测定，并且利用qPCR技术测定这4个关键酶基因的表达水平差异，试图分析荣莉酸与光周期诱导育性转换的关系。主要研究结果如下:
　　1.光周期处理能够有效地诱导农垦58S和D52S的育性发生变化，两个材料的花粉育性变化结果相反;农垦58S在自然长光(14h)时花粉为不育，而短光(10h)处理后的花粉可育;短光处理后D52S表现为不育，自然长光条件下D52S表现可育。
　　2.获得两个材料在不育和可育光周期下的转录组数据。光周期处理会使两材料产生44个共有的差异基因，但两材料中得到的差异基因数目不同，且上下调的趋势也不一致:以显著性检验的p-value值＜0.05和FC≥2为标准筛选差异基因，并以可育材料作为参照，D52S中共得到1036个差异基因，其中451个下调，585个上调;农垦58S中共得到140个差异基因，其中39个上调，101个下调。此外，从转录组数据和GO富集结果中也筛选到了JA合成途径的差异基因LOX,AOS、AOC和OPR。
　　3.光周期处理后农垦58S短光可育叶片中的JA含量在减数分裂期（Ⅵ期）比长光不育叶片高;两材料中各时期JA含量均有显著差异，说明长、短光周期在水稻的生长发育时期会不断地对植物体内的JA合成代谢进行调节。喷施MEJA可以使农垦58S和D52S的花粉碘染率变为不育材料的39.24倍和118.6倍;农垦58S中可育材料的花粉碘染率是喷施SHAM的34.47倍，D52S喷施SHAM后则变为了完全不育;喷施MEJA后可以提高LOX、AOS、AOC和OPR的酶活性及JA含量，但SHAM处理没有降低这些酶的活性和JA含量，推测这一结果可能与取样时期较后有关，SHAM的抑制作用不明显。
　　4.qPCR结果表明，光周期处理下，两材料叶片中的LOX,AOS、AOC和OPR基因的相对表达水平主要在Ⅴ期和Ⅵ期可育比不育材料表达量高;当喷施MEJA或SHAM后，分别使这四个基因的表达水平一致升高或降低，即当这四个基因表达量升高时材料可育，表达量降低时材料不育，推测这两个处理主要通过调节JA合成途径基因的表达来实现对育性的调控。
　　本研究获得了长、短光周期敏感核不育水稻农垦58S和D52S在光周期处理下、外源喷施MEJA和SHAM后的JA含量、茉莉酸合成途径的相关酶活性、关键酶基因的表达变化，初步证实了茉莉酸参与了光敏核不育材料的育性转换过程，但仍需要今后大量研究来明晰其内在的机理。

目录

论文说明

声明

摘要

缩略词表

1 文献综述

1．1 研究问题的由来

1．1．1 光周期敏感雄性不育性与两系杂交水稻

1．2 水稻光温敏核不育性的遗传研究进展

1．2．1 光温敏核不育系的普通遗传研究

1．2．2 光温敏核不育基因定位和克隆

1．2．3 育性调控相关的小RNA

1．3 光周期诱导的雄性不育基础研究概述

1．3．1 光温敏核不育系的光温类型和划分

1．3．2 光温敏光温核不育系的生态生理

1．3．3 光温敏光温核不育系的生理生化和细胞学特征

1．3．4 光温敏核不育系育性转换的差异蛋白

1．3．5 激素对育性调控的分子生理

1．4 荣莉酸对植物育性的影响

1．4．1 茉莉酸的生物合成

1．4．2 茉莉酸与育性调控

1．4．3 荣莉酸与其他激素对植物育性的影响

1．5 育性机理研究中的问题

1．6 本研究的背景与意义

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．2 技术路线

2．3 材料种植

2．4 材料处理

2．4．2 外源MEJA及SHAM处理

2．5 取样方法

2．6 花粉育性的鉴定

2．7 总RNA的提取

2．8 反转录及PCR检测

2．9 荧光定量PCR测定

2．10 ELISA样本的提取

2．11 荣莉酸(JA)含量的测定

2．12 荣莉酸合成途径各关键酶酶活性的测定

3 结果与分析

3．1 光周期对花粉育性的诱导

3．2 光敏感核不育材料的转录组测序

3．2．1 Illumina二代测序样本分析

3．2．2 转录组测序数据的分析

3．2．3 转录组数据GO的功能富集和筛选

3．2．4 转录组数据的验证

3．3 外源喷施MEJA和SHAM对花粉育性的诱导

3．4 光敏核不育材料的生理指标测定

3．4．1 光周期处理下的JA含量

3．4．2 外源喷施处理下的JA含量

3．4．3 光周期处理下的LOX、AOS、AOC和OPR酶活性

3．4．4 外源喷施处理下的LOX、AOS、AOC和OPR酶活性

3．5 差异表达基因的qPCR分析

3．5．1 光周期处理后各基因在不同时期的相对表达量

3．5．2 外源喷施处理后各基因在不同时期的相对表达量

3．6 荣莉酸合成途径关键酶与JA含量之间的相关性分析

4 讨论

4．1 光周期和外源喷施处理对花粉育性的诱导

4．2 光周期与JA合成代谢的关系

4．3 JA合成代谢与育性的关系

4．4 JA对育性调节的应用价值

4．5 本研究存在的问题与建议

4．6 小结

参考文献

致谢