小麦生理型雄性不育DNA甲基化调控育性机理研究

【摘要】鉴于杂交小麦比纯系品种具有更高的产量和更好地适应逆境能力,杂交小麦一直被众多育种家所关注。化杀剂诱导的小麦生理型雄性不育是目前杂交小麦生产利用的重要不育系统之一。尤其是，化杀剂诱导的雄性不育具有快速和灵活的特点，并且，杂交种子生产不需要育性恢复系。此外,利用化杀剂的来组配小麦强优势组合,几乎可以使用任何纯系为母本。因此,采用生理型雄性不育是克服现有小麦产量增长瓶颈的最好途径之一。SQ-1是一种新型小麦化杀剂，对不同品种具有广谱性的特点；田间药理试验证明SQ-1小麦对雌蕊没有任何副作用，又能能够诱导小麦完全雄性不育。因此，SQ-1已广泛用于杂交小麦的大规模生产制种。但是，有关生理型雄性不育分子机理的研究目前仍不清楚。有鉴于此,为了更好地利用生理型雄性不育途径来扩大小麦杂种优势的利用范围，更有效地提高化杀剂的效能,根据化杀剂诱导不育属于当代表现的特点，本文首先利用甲基化敏感扩增多态性技术研究了小麦不同发育时期DNA甲基化水平和模式的变化，首先筛选出了一些可能的不育相关甲基化模式的差异基因；其次分析了产生活性氧NADPHoxidase(NOX)基因甲基化变异对活性氧代谢的影响；最后分析了化杀剂对花药绒毡层发育以及脂质代谢的影响。研究获得的主要结果如下:1.在小麦生理型雄性不育系1376-CISM中,在其花粉发育的单核期、二核期和三核期的三个时期中，扩增出总片段数、总甲基化的位点数和全甲基化条带分别为1346、373和298，其总扩增位点的甲基化水平和全甲基化率分别为27.7%和22.1%。在可育系1376的三个时期中，扩增出总片段数、总甲基化的位点数(包括全甲基化和只有一条链甲基化的半甲基化)和全甲基化条带(即双链甲基化)分别为1342、357和291，其总扩增位点的甲基化水平和全甲基化率分别为26.6%和21.7%。总之，SQ-1处理的小麦花药基因组DNA甲基化条带1344，变异条带为46，变异率为3.42%，其中，去甲基化率和重新甲基化率分别为1.12%和2.31%。这表明，小麦花药发育过程中基因组DNA的甲基化变异以重新甲基化为主。2.化杀剂SQ-1处理构建的生理型不育系和其可育系之间有46条出现了差异，差异的片段被选择、分离和测序。BLASTX同源分析结果表明,有9条片段在GenBank中没有注释。一些片段编码一系列蛋白与已知具有功能特征的基因同源,涉及到代谢酶、F-box蛋白、富含亮氨酸类蛋白，激素调节、bHLH蛋白、逆转录因子等。尤其是在1376-CIMS花药中，15.4%的逆转录因子序列片段发生了甲基化的改变。3.NOX基因是活性氧产生的根源，生理型雄性不育系1376-CIMS花药NOX基因核心启动子区甲基化水平下降，引起活性氧基因表达水平升高；同时，生理型雄性不育系1376-CIMS花药中SOD、POD、CAT和APX酶活性和其基因表达却显著低于其可育系1376。因此，生理型雄性不育系1376花药中SOD、POD、CAT和APX酶活性和其基因表达水平太低而不能有效地清除过量的活性氧，进而引起活性氧O.–2和H2O2在花药中的积累，造成膜脂过氧化作用。因此，NOX基因核心启动子区甲基化模式改变，造成花药活性氧代谢严重失衡，引起严重膜脂过氧化,是导致大量花粉细胞败育的主要原因之一。4.超长链脂肪酸(VLCFAs)代谢在花药发育中发挥着重要的作用,而反式烯脂酰-CoA还原酶(trans-2,3-enoyl-CoAreductase,ECR)是催化超长链脂肪酸合成的脂肪酰-CoA延长酶之一，根据已报道二穗短柄草(Brachypodiumdistachyon)ECR基因，采用电子克隆获得序列并设计引物，从小麦中克隆ECR的开放阅读框cDNA序列,命名为TaECR，将该序列提交至GenBank，登录号为KC222053。序列分析表明，TaECR基因编码310个氨基酸，具有反式烯脂酰-CoA还原酶的经典结构域。表达分析表明，TaECR基因在小麦花药、颖片、叶和根中均有表达，其中在根中的表达量最低。5、活性氧被认为是引起细胞凋亡的信号分子。生理型雄性不育系中过高的活性氧不能适时地被消除，这可能是异常的细胞凋亡信号。绒毡层发育的细胞学观察和花药不同发育期DNAladder对比试验也证明生理型雄性不育系绒毡层提前降解，进而引起花药脂肪族代谢相关基因表达下调，脂肪酸合成、运输和转化受阻，致使花药脂肪族化合物含量减少，引起花药壁和花粉壁畸形，引起雄性不育。
【作者】巴青松；
【导师】张改生；
【作者基本信息】西北农林科技大学，作物遗传育种，2014，博士
【关键词】小麦；生理型雄性不育；DNA甲基化；活性氧代谢；脂质代谢；

【参考文献】
[1]曹颖锐.产业转移背景下区域发展成效评价指标体系构建[D].西北大学,区域经济学,2013,硕士.
[2]焦克胜.丹参抗心血管疾病有效成分的虚拟筛选研究[D].郑州大学,物理化学,2013,硕士.
[3]苗家森.管式加热炉远程智能监测系统[D].天津理工大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[4]阎潇毅.动漫创意产业市场营销策略研究[D].中国地质大学（北京）,工商管理,2014,硕士.
[5]雷田.IT产品设计特征研究[D].武汉理工大学,设计艺术学,2003,硕士.
[6]刘亚莉.H_3PO_4-微波改性松树锯末热解炭及其对典型有机污染物的吸附研究[D].郑州大学,分析化学,2013,硕士.
[7]范楚川.利用RAPD标记分析夏蜡梅自然居群的遗传变异[D].华中农业大学,园林植物与观赏园艺,2001,硕士.
[8]叶霞娟,朱昱宁,冯迪.产品语义学在电动托盘叉车造型设计中的应用[J].轻工机械,2014,04:114-118.
[9]徐立强.生产大队：人民公社下的农村基层组织[D].华中师范大学,政府经济学,2012,硕士.
[10]荆继武,周天阳.入侵容忍系统技术[A].中国计算机学会计算机安全专业委员会、中国电子学会计算机工程与应用学会计算机安全保密分会.第十六次全国计算机安全学术交流会论文集[C].中国计算机学会计算机安全专业委员会、中国电子学会计算机工程与应用学会计算机安全保密分会:,2001:4.
[11]王军.西气东输对济南城市燃气发展的影响与对策[D].大连理工大学,工商管理,2003,硕士.
[12]许建华,张学工.经典线性算法的非线性核形式[J].控制与决策,2006,01:1-6+12.
[13]王立勋.浅析电信运营商在3G中的经营策略[J].中华女子学院学报,2004,06:64-67.
[14]王娟娟.TP方案与NP方案治疗晚期三阴性乳腺癌的临床分析[D].大连医科大学,肿瘤学,2012,硕士.
[15]王雅琪.音乐日记—舒曼钢琴套曲《森林情景》OP.82之音乐风格探析[D].上海师范大学,音乐学,2013,硕士.
[16]商萌萌.游憩商业区（RBD）对目的地旅游形象的影响研究[D].山东大学,企业管理,2013,硕士.
[17]赵翠萍.英汉新词对比研究[D].华中师范大学,英语语言文学,2003,硕士.
[18]李霄.以门脉高压症为主要表现的原发性骨髓纤维化回顾性分析[D].山东大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[19]郭阿梅.集中供热管网监控及节能优化控制策略研究[D].河北工业大学,控制工程,2013,硕士.
[20]苏琴.MMP-9、TIMP-1、VEGF和CD44v6在非小细胞肺癌中的表达及其临床意义[D].中国人民解放军军事医学科学院,肿瘤学,2004,硕士.
[21]朱妍.毛细管电泳非接触式电导联用检测技术在电迁移行为模型构建和药物检测中的应用研究[D].华东师范大学,分析化学,2013,硕士.
[22]徐岩.制造业企业客户资源管理及关键技术研究[D].南京航空航天大学,2005.
[23]雷鹏.电子商务时代中小企业品牌建设[D].天津大学,工商管理,2013,硕士.
[24]刘彦卿.肾细胞癌中有机阳离子转运体OCT2转录抑制机理研究—从表观遗传调控到化学治疗[D].浙江大学,药物分析学,2013,博士.
[25]张翼.匹多莫德片的处方工艺与质量研究[D].西南大学,药物分析学,2014,硕士.
[26]蒋熙,苗建瑞,刘军.面向城市轨道交通网络规划的多粒度仿真建模[J].铁道工程学报,2014,09:115-120.
[27]吴洁洁.多相管流输运特性的数值计算研究[D].厦门大学,核科学与工程,2014,硕士.
[28]盛曹颖.遗忘理论在高中生物课堂教学中的应用探索[D].苏州大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[29]李冰.利用牙齿、腭皱及颅面骨骼特征进行法医学同一认定的研究[D].山西医科大学,法医学,2014,博士.
[30]韦慧娟.乳清蛋白酶解物对干酪乳杆菌生长影响的研究[D].河南科技大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[31]黄丽丽,肖亮,韦志辉,张军.空间移不变系统图像超分辨复原的快速解耦算法[J].自动化学报,2010,02:229-236.
[32]杨永涛.拉丝模孔型检测系统的设计与研究[D].陕西科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[33]周登谅.刑事审前司法听证制度研究[D].华东政法学院,诉讼法学,2004,硕士.
[34]童盈.中国商业银行效率分析[D].浙江大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.
[35]王相.结构健康监测中多维传感器的优化布置方法研究[D].大连理工大学,结构工程,2013,硕士.
[36]苏淑华.Ω-范畴在量化Domain理论中的应用研究[D].湖南大学,应用数学,2014,博士.
[37]莫菲菲.《平凡的垂钓》翻译报告[D].山东财经大学,英语笔译（专业学位）,2014,硕士.
[38]李继亮,程耿.锂离子二次电池石墨烯基负极材料研究进展[J].船电技术,2012,04:5-8.
[39]周庆卫.郯庐断裂带对招远地区金矿控制规律研究及其意义[D].合肥工业大学,地质工程（专业学位）,2014,硕士.
[40]廖磊,周琳,谢芹,郭雪峰,刘忠范.应力诱导的石墨烯周期性修饰[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第30分会：低维碳材料[C].中国化学会:,2014:1.
[41]孙雅权,白明锁.试论水压机无级调压[J].一重技术.1996(02)
[42]邱建波.基于网络的答疑系统的设计与实现[D].陕西师范大学,教育技术学,2004,硕士.
[43]靳晓琪.中国农村社区老年照顾问题研究[D].南京大学,社会工作（专业学位）,2013,硕士.
[44]苏蔚.人民币国际化对中国银行业的影响研究[D].上海社会科学院,金融学,2012,硕士.
[45]宗彩凤.意定监护制度研究[D].吉林大学,法律,2014,硕士.
[46]周瑞.中国货币供给内生性研究[D].云南财经大学,金融学,2014,硕士.
[47]金秀梅.吐温-20修饰的四氧化三铁聚集体表面的SiO_2壳和Au壳层的包覆[D].吉林大学,物理化学,2013,硕士.
[48]周鑫.鼻咽癌患者血浆游离EBV DNA定量检测及其临床意义[D].复旦大学,临床医学（专业学位）,2013,博士.
[49]沈乐君,游志胜,李晓峰.自助重要性采样用于实时多目标视觉跟踪[J].自动化学报,2012,10:1663-1670.
[50]程卫东,黄继武,刘红梅.一种基于3D-DCT的彩色图像信息隐藏算法(英文)[J].自动化学报,2003,02:258-266.