玉米新选CMS材料及CMS-C亚组材料的细胞学观察和遗传多样性分析

摘要

玉米细胞质雄性不育在杂种优势利用中具有重要的应用价值。但长期大面积种植单一化的不育胞质，往往存在生理小种爆发流行的潜在风险，因此创造和挖掘新型玉米CMS材料，丰富不育细胞质的遗传基础就显得尤为重要。本研究以玉米9份新选CMS雄性不育材料和属于CMS-C型不同亚组的不育细胞质材料为研究对象，调查供试材料的田间育性表现，利用玉米CMS特异胞质引物进行PCR扩增分析，观察花药败育的细胞学特征，并检测小孢子发育的细胞凋亡过程，同时利用AFLP技术分析供试材料mtDNA的遗传多样性，此外进行玉米小斑病C小种的接种鉴定，旨在对课题组前期通过不同途径获得的多个玉米细胞质雄性不育新材料进行分类鉴定和遗传多样性分析。主要研究结果如下:
　　1.对18红和RP125背景下9份新选CMS材料的育性调查结果表明:新选CMS材料在散粉期所有小穗千瘪、花药不外露，属1级完全不育;室内镜检发现花药内基本无花粉粒或含有少量不可染的畸形花粉粒。
　　2.利用玉米CMS-T、CMS-C、CMS-S胞质特异引物分析了新选CMS材料，同时以TMo17、CMo17、SMo17为对照，结果表明，在18红和RP125背景下，SauS1、SauS2、SauS3、SauW1、SauW2、SauA1、SauA2均可扩增出一条和CMo17相同大小的特异条带;SauS4、SauS5可扩增出一条和TMo17大小相同的特异条带，由此说明SauS1、SauS2、SauS3、SauW1、SauW2、SauA1、SauA2可能为玉米C型不育胞质，而SauS4和SauS5可能为玉米T型不育胞质。
　　3.利用石蜡切片和细胞凋亡检测技术对9份新选CMS材料和C胞质亚组材料的小孢子发育过程的观察结果表明:①新选CMS材料中，SauS1、SauS2、SauS3、SauW1、SauW2、SauA1、SauA2的小孢子败育时期主要发生在四分体时期至单核中期，同时绒毡层表现为推迟降解，以上表现符合C型不育胞质的败育特征;相比之下，SauS4、SauS5的小孢子败育时期主要发生在单核中期至单核晚期，绒毡层表现为提前降解，表现出玉米T型不育胞质的败育特征。②通过48-2和黄早四2个核背景下的细胞学观察发现，C胞质（CⅠ亚组）小孢子败育时期主要发生在四分体时期至单核中期，绒毡层局部进行平周分裂;RB胞质（CⅡ亚组）小孢子败育时期主要在单核早期至单核中期;ES胞质（CⅢ亚组）小孢子主要在四分体时期至单核中期发生败育。③通过对9份新选不育细胞质在18红和RP125背景下小孢子发育过程进行观察发现，与 RP125相比18红背景下的败育时期早、败育方式多样。对于不同亚组胞质，黄早四背景下的不育系较48-2背景下不育系败育时期早、败育方式多样。
　　4.对18红背景和RP125背景下的9份新选CMS材料以及48-2背景和黄早四背景下的C胞质亚组材料的线粒体DNA进行了AFLP分析。①从64对引物组合中筛选出8对有多态性的引物组合，分别为E31M31、E32M35、E33M33、E34M37、E37M31、E37M33、E37M35、E37M36，平均每对引物组合对每个材料扩增出约15条带谱。②引物组合E33M33的扩增结果显示，18红和RP125背景下的SauS4和SauS5的扩增带谱明显不同于SauS1、SauS2、SauS3、SauW1、SauW2、SauA1和SauA2，暗示SauS4、SauS5与其余7份CMS材料可能属于不同的胞质类型。同时也发现SauW1与SauW2、SauA1与SauA2在2个核背景下的扩增结果也均存在差异。引物组合E33M33对C胞质的CⅠ、CⅡ、CⅢ的扩增带谱虽有差异，但不能很好的区分CⅠ、CⅡ、CⅢ3个亚组。该结果预示着通过增加酶切引物组合数目则有可能找到可以区分同C胞质的不同亚组的引物组合。
　　5.对2个核背景下的9份新选CMS材料进行玉米小斑病C小种的接种鉴定，同时以Mo17、TMo17、CMo17、SMo17作为接种的对照，两期的调查结果显示CMo17的发病程度均高于Mo17、TMo17和SMo17。SauS1、SauS2、SauS3、SauW1、SauW2、SauA1、SauA2的发病指数均高于CMo17， SauS4和SauS5的发病指数低于CMo17，说明本研究接种用的C小种对SauS1、SauS2、SauS3、SauW1、SauW2、SauA1、SauA2具有专化侵染能力。从两期的接种鉴定结果也可以看出，18红背景下各不育系的发病指数均高于RP125背景下的不育系，说明不育系的核背景对小斑病的抗性表现有影响。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 玉米雄性不育

1．2 玉米胞质雄性不育的分类及鉴定

1．2．1 恢保关系分类鉴定

1．2．2 分子水平分类鉴定

1．2．3 生理小种接种鉴定

1．2．4 细胞学分类鉴定

1．3 玉米OMS的细胞学研究

1．3．1 正常玉米花药发育的细胞学特征

1．3．2 玉米CMS-T的细胞学特征

1．3．3 玉米CNs-s的细胞学特征

1．3．4 玉米CMS-C的细胞学特征

1．4 玉米mtDNA与雄性不育

1．5 常用的几种分子标记

1．5．1 RFLP

1．5．2 RAPD

1．5．3 SSR

1．5．4 AFLP

1．6 本研究的目的和意义

2 材料和方法

2．1 供试材料

2．1．1 实验材料

2．1．2 主要试剂、仪器和配方

2．2 实验方法

2．2．1 育性鉴定

2．2．2 玉米CMS胞质特异引物PCR鉴定

2．2．3 石蜡切片观察

2．2．4 细胞凋亡检测

2．2．5 mtDNA的AFLP分析

2．2．6 生理小种接种鉴定

3 结果分析

3．1 育性鉴定

3．2 玉米CMS胞质特异引物的PCR鉴定

3．3 同核异质、同质异核材料的细胞学观察

3．3．1 新选9份CMS材料的细胞学观察

3．3．2 玉米CMS-C不同亚组材料的细胞学观察

3．4 mtDNA的AFLP分析

3．5 玉米小斑病C小种的接种鉴定

4 讨论

4．1 新选CMS材料的鉴定

4．2 玉米CMS材料的胞质类型鉴定

4．3 玉米C胞质亚组的多样性分析

4．4 同质异核不育系的差异表现

参考文献

致谢