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      《西北農林科技大學》 2010年
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      甘藍型油菜Polima CMS和陜2A CMS的形態和生化特征及其胞質遺傳物質的比較研究

      朱彥濤  
      【摘要】:細胞質雄性不育(CMS)是油菜雜種優勢利用的重要途徑之一,Polima CMS和陜2A CMS是兩個經典實用的甘藍型油菜(Brassica napus L.)細胞質雄性不育系,這兩個著名的不育系在中國乃至世界油菜雜種優勢的研究和利用中發揮了重要作用。有關這兩個不育系的研究,過去主要集中在栽培、遺傳以及雜種優勢的利用方面,近年來,主要集中在不育機理和分子生物學研究方面。有關Polima CMS和陜2A CMS的深入研究,對進一步探索油菜CMS的分子機理,更好地利用這兩個不育系為我國油菜科研和生產服務有重要意義。本論文對Polima CMS和陜2A CMS的國內外研究狀況進行了綜述,介紹了近年來這兩個不育系的最新研究進展,并從形態解剖學、生理生化以及分子生物學方面對這兩個不育系進行了比較系統的研究,為進一步深入研究這兩個不育系提供了基本資料和依據。所取得的主要結果如下(為了描述方便,文中Polima CMS和陜2A CMS分別簡寫為PolA和陜2A,其相應保持系分別簡寫為PolB和陜2B): 1.分別對PolA系統(PolA、PolB)和陜2A系統(陜2A、陜2B)及其核質互換系、核代換系的形態學特征如植株的農藝性狀和花器的形態解剖結構進行了比較研究。結果表明:陜2A系統與PolA系統的幼苗形態、花器結構和植株農藝性狀明顯不同,說明這兩個不育系統具有明顯不同的遺傳背景。在核質互換和同核代換的條件下,這兩個不育系與其同核異質材料之間的幼苗形態、花器結構和植株農藝性狀分別無明顯差異,而這兩個不育系與其同質異核材料之間則明顯不同,說明植株的表型性狀主要是由其核基因組所控制的。 2.以PolA及其保持系PolB、陜2A及其保持系陜2B四個材料初花期的葉片、葉柄以及花蕾組織為材料進行酯酶(EST)同工酶和過氧化物酶(POD)同工酶的聚丙烯酰胺凝膠電泳。電泳結果表明,不育系與其相應保持系的葉片、葉柄的EST同工酶譜均無明顯差異,但其花蕾的EST同工酶譜有一定的差異;PolA與陜2A兩個不育系對應器官的EST同工酶譜表現為明顯差異。不育系與其相應保持系的葉片、葉柄的POD同工酶譜均無明顯差異,但其花蕾的POD同工酶譜卻有明顯的差異;兩個不育系對應器官的POD同工酶譜也明顯不同。因此,這兩個油菜CMS系統有著不同的遺傳背景。 3.以PolA及其保持系PolB、陜2A及其保持系陜2B四個材料的幼苗葉片提取葉綠體DNA(cpDNA),并對cpDNA幾個特異基因片段進行了PCR擴增。結果表明,5對油菜cpDNA特異基因的引物分別在四個材料中擴增出相同的一條帶,而且擴增產物的大小與預期目的片段的大小一致。進一步對其中與光合作用有關的RubisCO大亞基(rbcL)基因進行了分子克隆和測序,結果顯示,這四個材料的rbcL基因序列完全相同。采用4種限制性內切酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ和PstⅠ分別對這四個材料的cpDNA進行酶切和電泳檢測,酶切片斷的多態性比較分析結果也顯示,四個材料之間的帶型分別一致,酶切結果無明顯差異。本研究的結果也反映了cpDNA的保守性。 4.分別以PolA及其保持系PolB、陜2A及其保持系陜2B四個材料幼苗的根和葉提取線粒體DNA(mtDNA),并對所提取的mtDNA進行檢測。結果表明,在同等條件下幼根所提取的mtDNA含量為3250ng/gFW,約為幼葉所提取mtDNA含量的6.5倍,顯著大于葉片所提取的mtDNA,而且所提取的mtDNA純度較高。瓊脂糖凝膠電泳檢測結果顯示,油菜幼根所提取的mtDNA較幼葉所提取的mtDNA有更為清晰的條帶。油菜線粒體基因的PCR擴增結果表明,幼根所提mtDNA擴增條帶的重復性和穩定性也優于幼葉所提mtDNA。因此認為,用油菜幼根提取mtDNA是一條較好的途徑。 5.分別以與油菜育性有關的5個mtDNA基因片段設計引物,對PolA系統和陜2A系統四個材料的mtDNA進行了PCR擴增。結果顯示:有3個基因的引物在四個材料中分別擴增出相同的一條帶,且擴增產物與預期目的片段的大小相一致,其中基于orf474 and orf159基因的引物還在四個材料中擴增出另一條相同的分子量稍小的條帶;基于orf158基因的引物未能擴增出預期的目的片段;基于orf224基因的引物在PolA和陜2A兩個不育系中擴增出相同的一條帶,且擴增產物與預期目的片段的大小相一致,測序結果表明二者DNA序列也完全相同,均為675bp。另外,基于orf224基因的引物在PolB和陜2B兩個保持系中擴增出相同的一條分子量較小的條帶,經測序確認為與orf224不育基因有一定同源性的DNA片段,其大小為323bp。因此,推測保持系和不育系的多態性片段可能與CMS的育性有關。 6.采用基于油菜品種Westar的mtDNA全基因組的連續25個DNA片段的特異性引物,分別對PolA系統和陜2A系統四個材料的mtDNA模板的相應DNA區段進行了分段PCR擴增和電泳檢測。結果表明,這四個材料mtDNA的組成結構和排列順序與已知油菜品種Westar的mtDNA基因組序列相似,其mtDNA全長約為200kb。其中有11對引物在四個材料之間分別擴增出相同的1條帶,而且擴增產物與預期目的片段的大小相一致,說明這些區段可能比較保守,這些區段的大小約占mtDNA全長的44%;有2對引物在四個材料之間分別擴增出相同的1條帶,但其擴增產物與預期目的片段的大小不一致;有1對引物在四個材料中沒有得到擴增產物。由于以上這些引物在四個材料之間擴增產物的帶型分別相同(或沒有得到擴增產物),因此預測這四個材料之間的同源性至少為56%。然而,其余一些引物在四個材料之間的擴增產物比較復雜,這些引物的擴增區域約覆蓋mtDNA全長的44%,屬于mtDNA重組的易變區。其中有些引物在不育系與保持系之間擴增出了差異片段,有些引物在PolA和陜2A之間擴增出了差異片段。但是,這些差異片段的生物學功能如何?以及這些差異片段是否與不育有關?還有待于進一步的深入研究。 7.本論文從分子生物學(如cpDNA和mtDNA特異基因的PCR擴增、測序比對以及cpDNA限制性酶切分析)、生理生化(如EST和POD同工酶電泳)以及形態解剖學(如植株農藝性狀考種和花器形態結構觀察)三個不同水平上對PolA和陜2A兩個不育系進行了比較系統的研究。總體結果表明:PolA和陜2A兩個不育系的核背景明顯不同,mtDNA有一定的差異因而細胞質也有所不同,但PolA和陜2A的不育基因orf224序列則相同。那么,這兩個不育系的不育機理是否完全相同?陜2A的mtDNA上是否還有其它不育基因的存在?等等,還有待于進一步的深入研究。
      【學位授予單位】:西北農林科技大學
      【學位級別】:博士
      【學位授予年份】:2010
      【分類號】:S565.4

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      4 雷紹林;甘藍型油菜隱性核不育恢復基因BnMS2的精細定位與候選基因鑒定[D];華中農業大學;2009年
      5 徐芳森;甘藍型油菜硼營養高效的生理機制和遺傳基礎研究[D];華中農業大學;2000年
      6 董軍剛;甘藍型油菜溫敏細胞質雄性不育系417S選育與鑒定[D];西北農林科技大學;2010年
      7 梅家琴;甘藍與甘藍型油菜C亞基因組遺傳關系調查及甘藍抗菌核病QTL定位[D];西南大學;2011年
      8 柯麗萍;甘藍型油菜隱性細胞核雄性不育的基因定位[D];華中農業大學;2005年
      9 劉超;甘藍型油菜矮桿基因Bnrga-ds的克隆和功能分析[D];華中農業大學;2010年
      10 張海偉;甘藍型油菜磷高效的生理機制研究[D];華中農業大學;2009年
      中國碩士學位論文全文數據庫 前10條
      1 李海渤;我國甘藍型油菜雙低品種(系)的遺傳多樣性評估[D];華中農業大學;2001年
      2 譚茂玲;甘藍型油菜轉基因體系的建立與PWY86及TLW10表達載體的遺傳轉化[D];西南大學;2011年
      3 吳有祥;甘藍型油菜遺傳多樣性及主要經濟性狀雜種優勢分析[D];貴州大學;2007年
      4 張英;分子標記輔助選擇培育甘藍型油菜Ogu CMS恢復系[D];華中農業大學;2006年
      5 樊云芳;甘藍型油菜雙隱性細胞核雄性不育的細胞學及育性相關基因的差異表達研究[D];西北農林科技大學;2006年
      6 李娟;分子標記輔助選育甘藍型油菜顯性細胞雄性不育系[D];華中農業大學;2008年
      7 吳建忠;甘藍型油菜結實相關性狀分析及QTL定位[D];華中農業大學;2010年
      8 肖慶生;甘藍型油菜抗旱相關基因的表達分析[D];中國農業科學院;2011年
      9 楊成軍;甘藍型油菜CHSA、CHSB基因以及WRKY44同源基因片斷的克隆與序列分析[D];西南農業大學;2004年
      10 徐新福;分子標記預測甘藍型油菜雜種優勢的初步研究[D];西南農業大學;2005年
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