二倍体马铃薯花粉特异表达基因PA功能分析

论文摘要

马铃薯是世界上重要的粮食作物,在保障全球粮食安全方面发挥着重要作用。农业生产中,马铃薯常以块茎进行繁殖,长期的无性繁殖会引起种薯退化造成减产。马铃薯常规育种可通过杂交种子充分发挥亲本优良性状。与很多有性繁殖作物一样,杂种优势是生物界普遍存在的现象,水稻和玉米等作物都利用杂种优势大幅度提高了产量。马铃薯实生种子的生产受到越来越广泛的关注,雄性不育系的创制是实现利用具有杂种优势的实生种子育种的必要过程。二倍体马铃薯杂交育种是在二倍体水平将马铃薯改良成以自交系为基础的种子繁殖作物,可极大地加快马铃薯新品种的选育进程。如今二倍体马铃薯杂交育种受到越来越广泛的关注,因此发掘雄性不育基因、培育雄性不育系变得非常重要。在拟南芥磷脂酶A（PLA）超家族中,secretory PLA2（sPLA2）家族的PLA2-β、PLA2-γ、PLA2-δ与雄性育性相关,patatin-like PLA（PAT-PLA）的At1g61850在雄蕊发育早期和干花粉中高表达。为研究马铃薯雄性不育机制,本课题通过对拟南芥PLA家族sPLA2成员及PAT-PLA成员At1g61850于马铃薯数据库Spud DB Potato Genomic Resource中进行同源搜索,得到两个同源基因。通过实时荧光定量实验,发现PGSC0003DMT400005303于二倍体马铃薯C065花粉中特异高表达,我们将其命名为PA（Pollen Abortion）。为研究该基因是否能够影响雄性生殖能力,本课题利用CRISPR/Cas9系统,在二倍体马铃薯C065中对该基因进行敲除,获得了两个移码突变体pa-1和pa-2。对野生型和突变体花粉活力、花粉管体内外萌发能力及坐果率进行比较,发现与野生型相比,突变体花粉活力及花粉管萌发速率均明显下降。此外,我们对野生型和突变体花粉RNA数据进行差异表达分析,发现在突变体pa-1中,共3,539个基因发生表达量变化,在突变体pa-2中,共2,203个基因发生表达量变化。差异表达基因GO分析发现,PA基因突变体的硫酸盐转运、羧酸代谢相关酶、核糖核酸酶Ⅲ均与野生型表达差异明显。结果表明PA基因与马铃薯花粉育性相关,其主要生物学功能及影响花粉发育的分子机制有待进一步研究。课题创造了马铃薯PA基因突变体,为PA基因功能研究提供了材料。差异表达基因分析可为寻找马铃薯雄性不育基因提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略词
• 第1章 研究背景和文献综述
•   1.1 马铃薯研究概况
•     1.1.1 马铃薯的主粮食价值
•     1.1.2 马铃薯遗传背景及分类
•     1.1.3 二倍体育种及种子生产的意义
•   1.2 马铃薯雄性不育研究
•     1.2.1 植物雄性生殖器官发育及雄性不育
•     1.2.2 花粉发育过程中的物质基础
•     1.2.3 雄性不育与磷脂酶
•   1.3 研究的目的和意义
•   1.4 研究的方法及技术路线
• 第2章 目标基因的确定与突变体获得
•   2.1 引言
•   2.2 实验材料、仪器与试剂
•     2.2.1 实验材料
•     2.2.2 实验仪器与试剂
•     2.2.3 基因组信息
•   2.3 实验方法
•     2.3.1 马铃薯PA基因的确定
•     2.3.2 C065 PA基因全长获取
•     2.3.3 载体构建与农杆菌转化
•     2.3.4 马铃薯转基因流程
•     2.3.5 突变体的筛选
•     2.3.6 突变体倍性鉴定
•     2.3.7 二倍体杂合突变TA克隆鉴定突变类型
•   2.4 结果与分析
•     2.4.1 PA基因在花粉中特异高表达
•     2.4.2 C065 PA基因全长确定
•     2.4.3 突变体的筛选结果
•     2.4.4 突变体的倍性鉴定
•     2.4.5 二倍体突变体的突变类型
•   2.5 小结
• 第3章 突变体表型观察与转录组分析
•   3.1 引言
•   3.2 实验材料、试剂与仪器
•     3.2.1 植物材料
•     3.2.2 仪器与试剂
•   3.3 实验方法
•     3.3.1 亚历山大染色鉴定花粉活力
•     3.3.2 花粉管体内萌发
•     3.3.3 花粉管体外萌发
•     3.3.4 杂交坐果率统计
•     3.3.5 转录组分析
•   3.4 实验结果分析
•     3.4.1 突变体花粉活力降低
•     3.4.2 花粉管体外萌发结果
•     3.4.3 花粉管体外萌发结果
•     3.4.4 杂交坐果率统计
•     3.4.5 差异表达分析结果
•   3.5 小结
• 第4章 总结与讨论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间的学术论文及研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱曦鉴

导师: 李灿辉,张金喆

关键词: 马铃薯,磷脂酶,花粉活力,雄性不育

来源: 云南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,生物学,农作物

单位: 云南师范大学

分类号: S532;Q943.2

总页数: 76

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