甘蓝型油菜自交不亲和保持机理及AtPUB2在自交不亲和反应中功能研究

摘要

自交不亲和性是显花植物在长期自然进化过程中形成的一种非常特殊的生殖隔离机制。自交不亲和配体和受体特异性识别、细胞内信号传导、由异花授粉向自花授粉的进化为植物学研究提供了一个经典的范例。作为一个高效的授粉可控制系统，自交不亲和性可应用于十字花科作物杂种优势利用。甘蓝型油菜自交不亲和系S-1300与亲和的保持系杂交，F1代表现为自交不亲和，可以利用保持系来繁殖自交不亲和系，但是其保持性机理尚不明确。BnARC1是一个U-box蛋白，具有E3泛素化连接酶活性，介导芸薹属中自交不亲和反应信号传导。拟南芥中是否存在BnARC1的功能同源基因参与自交不亲和反应，尚有待研究证实。
　　本研究包括两方面的内容:第一部分是甘蓝型油菜自交不亲和保持性机理研究，第二部分是AtPUB2在拟南芥自交不亲和反应中功能分析。主要研究结果如下:
　　1.甘蓝型油菜自交不亲和保持系筛选与鉴定
　　筛选了甘蓝型油菜自交不亲和系S-1300的12份核心保持系，并对保持系S单倍型来源进行分析，发现所有保持系中A基因组上S单倍型来源于白菜BrS-29，C基因组上S单倍型来源于甘蓝BoS-15。
　　2.甘蓝型油菜自交不亲和保持系遗传分析
　　通过对S-1300与保持系后代分离群体基因型和表型鉴定分析发现，Bing409中保持性的遗传受单基因控制，Bing409与S-1300中A基因组上S位点的差异决定了亲和性表型，且S-1300中的S单倍型对Bing409的为显性。89008中保持性不由单基因控制，除S位点以外，还存在其他基因影响自交不亲和性表型。
　　3.甘蓝型油菜保持性机理分析
　　基于甘蓝型油菜自交不亲和保持系S位点基因表达分析结果，对保持性机理进行分析。在保持系中，当SP11基因不表达，自交不亲和特异性识别反应无法正常进行，因此不能抑制自身花粉表现为自交亲和;当S位点基因正常表达时，可能存在S位点以外基因影响自交不亲和反应使保持系表现为自交亲和。在S-1300与保持系的F1代中，花粉中BrSP11-29的同源基因均不表达，有功能的BrSP11-60的同源基因能够正常表达，从而使得F1表现为自交不亲和。
　　4.AtPUB2在拟南芥中自交不亲和反应中的功能分析
　　敲除AtPUB2后，携带有自交不亲和基因AlSRKBb-SCRb的拟南芥Col-0仍然表现为自交不亲和。拟南芥中AtPUB2的ARM-repeats结构域不与SRKb的胞内激酶结构域发生直接相互作用。AtPUB2不在自交不亲和反应发生的柱头乳突细胞中高表达，而主要在柱头乳突细胞以下的基本组织和维管组织中表达。AtPUB2不是BnARC1在拟南芥中的同源功能基因，不参与拟南芥中自交不亲和反应。

目录

声明

摘要

缩略语表

前言

1 自交不亲和概况

1．1 自交不亲和性的分布

1．2 自交不亲和性分类

1．3 十字花科自交不亲和性的细胞学反应

2 十字花科自交不亲和性受孢子体型S位点复等位基因控制

3 S位点分子生物学研究

3．1 首个S位点基因SLG的发现

3．2 自交不亲和特异性识别反应柱头决定因子SRK的发现

3．3 自交不亲和特异性识别反应花粉决定因子SCR／SP11的发现

3．4 S haplotypes结构和多态性

3．5 S haplotypes间显隐性关系

4 芸薹属自交不亲和反应信号传导

4．1 SRK激活细胞信号传导通路拒绝自身花粉

4．2 MLPK与SRK相互作用促进SI

4．3 与SRK激酶结构域互作的蛋白

4．4 THL可抑制SRK活性

4．5 ARC1作为SRK下游反应底物促进SI

4．6 Exo70A1作为ARC1的作用底物参与亲和反应

5 自交不亲和性与杂种优势利用

5．1 自交不亲和性的应用

5．2 甘蓝型油莱自交不亲和系的选育

5．3 自交不亲和系的繁殖

5．4 利用油菜自交不亲和系配制杂种的途径

6 未来工作展望

第一章 甘蓝型油菜自交不亲和保持性研究

1 研究背景

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．2 实验方法

3 结果与分析

3．1 甘蓝型油莱自交不亲和系S-1300核心保持系的鉴定

3．2 核心保持系S单倍型鉴定

3．3 保持系中分子标记的开发与利用

3．4 保持系Bing409遗传分析

3．5 保持系89008遗传分析

3．6 保持系中S位点基因表达分析

3．7 保持性机理分析

4 讨论

4．1 甘蓝型油菜自交不亲和保持系

4．2 芸薹属中S单倍型的显隐性关系

4．3 甘蓝型油菜自交不亲和机理研究与应用

第二章 AtPUB2在自交不亲和反应中功能研究

1 研究背景

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．2 实验方法

3 结果与分析

3．1 拟南芥中Plant U-box蛋白的生物信息学分析

3．2 AtPUB2对自交不亲和反应的影响

3．3 AtPUB2与SRK间相互作用分析

3．4 AtPUB2的表达分析

3．5 病原菌抗病性检测

4 讨论

4．1 AtPUB2不参与拟南芥中自交不亲和反应

4．2 AtPUB2功能分析

4．3 自交不亲和反应可能存在多条信号传导通路

4．4 自交不亲和反应相关基因的分离与鉴定

参考文献

附录1 第一章研究中所用引物

附录2 第二章研究中所用引物

附录3 作者简介和在读期间发表的论文

致谢