棉花細胞質雄性不育及育性恢復機理的分子解析

《棉花細胞質雄性不育及育性恢復機理的分子解析》是依託中國農業大學，由華金平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：棉花細胞質雄性不育及育性恢復機理的分子解析
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：華金平
• 項目類別：面上項目

項目摘要

棉花雜種優勢利用取得了顯著的成效，但是棉花三系套用亟待取得突破，開展棉花不育及其育性恢復機理研究，有助於棉花三系研究與套用。線粒體基因組是造成細胞質雄性不育性（cytoplasmic male sterility, CMS）的主要原因。本研究擬分離棉花線粒體DNA和RNA；對棉花線粒體基因組DNA進行高通量測序和系列拼接、分析；同時構建相應的線粒體全基因組Fosmid文庫，根據測序拼接結果和功能基因設計引物，篩選文庫，完成棉花線粒體finish圖譜。並在此基礎上，尋找不育系和保持系、同質恢復系之間的差異ORF，得到不育相關基因；用DNA-Walking等方法獲得目標基因完整閱讀框後構建線粒體靶向載體，轉基因驗證，分析不育相關基因的功能；結合恢復系育性恢復基因的篩選與功能鑑定，深入研究核質互作以及細胞質雄性不育機理，構建調控育性調控網路。

結題摘要

棉花雜種優勢利用取得了顯著的成效，但是棉花三系套用亟待取得突破，開展棉花不育及其育性恢復機理研究，有助於棉花三系研究與套用。未知功能的線粒體基因是造成細胞質雄性不育性（cytoplasmic male sterility, CMS）的主要原因。 本研究選用材料為：哈克尼西棉胞質陸地棉不育系2074A，陸地棉胞質不育系2074S，陸地棉胞質保持系2074B，哈克尼西棉胞質恢復系E5903及海島棉Pima 90-53。利用蔗糖密度梯度方法分離棉花線粒體DNA和RNA，對棉花線粒體基因組DNA和RNA進行高通量測序、序列拼接和分析。構建5個線粒體基因組Fosmid文庫；根據功能基因設計引物，篩選文庫；結合測序拼接結果完成棉花線粒體基因組Finish圖譜。獲得的陸地棉線粒體基因組2074B全長為621,884bp，海島棉Pima 90-53為677,434bp，恢復系E5903為666,082bp，兩個不育系分別為668,464bp與668,584bp。大的重複序列導致了五個棉屬線粒體的基因組大小差異、基因含量變異及重排的動態變化的基因組結構；比較基因組學分析表明棉屬不育系與保持系線粒體基因組共有33個差異orf。 同時，在轉錄水平上，利用RNA-seq技術分析不育系、保持系及恢復系的轉錄組差異，進一步縮小不育相關候選基因；對12個候選基因完整閱讀框構建線粒體靶向載體，進行轉基因驗證，其中orf160轉基因擬南芥後代正常發育受到了影響。 此外，通過棉屬PPR基因家族的功能分析初步揭示了棉屬育性恢復基因的分子機理。 本項目研究結果為研究棉屬細胞質雄性不育及其育性恢復的分子機理奠定基礎，為研究被子植物進化中棉屬位置奠定了分子基礎。