油菜隐性核不育热激处理恢复育性的分子机理

Recessive genic male sterility is widely used in the production of rapeseed hybrids because it has many advantages, such as stable sterility, extensive restoration sources, no adverse cytoplasmic effects and single cytoplasmic negative risk compared to cytoplasmic male sterility. The recessive genic male sterile two-type line 7365AB can produce whole-sterile population for their special genetic model, the presence of temporary maintainer line, and thus has a more powerful potential. On the basis of these advantages, combined with our recent progress, this application program will make use of the characteristics of the male sterile system which can be restored fertility under heat shock to reproduce sterile line by selfing. We will focus on the molecular mechanism of fertility restoration by heat shock, and simplify the three-line model into two-line pattern. These effort might enlarge this system’s value in canola heterosis utilization.

油菜隐性核不育相对于细胞质雄性不育具有育性稳定彻底，恢复系来源广泛，无不良胞质负效应以及不存在单一胞质风险等优势，被广泛用于油菜杂种生产。油菜隐性核不育两型系7365AB因其特殊的遗传模式，存在临保系可以产生全不育制种群体，因而具备很好的应用潜力。本项目在这些优势的基础上，结合已取得的研究进展，利用该系统中不育系在高温处理下可以恢复育性的特性，着重研究热激处理后育性恢复的分子机理，探索该系统的不育系自交繁殖技术标准，将隐性核不育三系育种简化为两系法，以期更好地发挥该系统潜在的应用价值。

在本项目以Bnams4b研究重点，Bnams4b是一个新起源的嵌合基因，是控制甘蓝型油菜核不育7365AB不育的关键基因，能引起野生型拟南芥和油菜的雄性不育。本研究主要内容：（1）Bnams4b转基因烟草和番茄的转化和表型观察;（2）确定热激处理后能稳定恢复育性的处理条件；（3）利用转录组测序数据挖掘和热激处理响应相关的候选基因；（4）热激过程中（HS2vs0）和热激恢复阶段（HS26vs0）两阶段差异基因分析；（5）热激前后转基因不育株与野生型相比差异基因的注释和功能分析；（6）差异基因的time-course分析；（7）筛选了和Bnams4b互作的基因BTS（E3 ligase 相关基因）；重要研究结果有：（1）转基因烟草和番茄出现了一定程度的不育和黄化的表型；（2）确认了热激恢复转基因不育拟南芥育性的最优条件：RH75-85%，16小时光照，光照期间温度34-35℃和8小时黑暗，黑暗期间温度18℃；（3）三个时期差异基因在花粉外壁、脂质转运与定位功能组上均出现显著富集；而只有热激前和热激过程中的差异基因在果胶代谢相关功能组上出现富集；（4）借助于time-course分析获得了三种类型的差异基因,这些基因注释的分布由高到低依次为：transcription factor activity, transmembrane related，zinc ion binding，暗示热激响应的相关转录因子在热激处理育性恢复的基因调控网络中可能起关键作用；（5）筛选了和Bnams4b互作的蛋白BTS（nuclear localization E3 ligase BRUTUS (BTS) ），发现Bnams4b的出现使得BTS的蛋白定位从核转移到质体膜上，这是新基因如何整合到形成成新的基因网络的首个以例证。总之，本研究克隆的Bnams4b位点是植物中具有育种应用价值的嵌合新基因的首次报道，开发的系列分子标记为油菜育种的提供了重要参考，研究得到的热激处理育性恢复的环境条件为三系育种转化成两系提供了参考.本研究不仅使得以该基因为核心的雄性核不育系统的育种应用也会更加全面和完善，而且从新基因演化领域也首次证实改变原有蛋白的细胞器定位是新基因整合到新的网络中的一种途径，具有重大的科学意义。

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