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水稻(OryzasativaL.)是世界上22亿人口的主要粮食来源。细胞质雄性不育(CytoplasmicMaleSterility,CMS)是一种在高等植物中广泛存在的自然现象。水稻野败型(WildAbortive,WA)细胞质雄性不育是“三系”杂交稻的遗传基础,也是目前生产实践上推广面积最多的不育类型。其中汕优63杂交组合的推广面积占野败型细胞质雄性不育杂交种推广面积的62%以上,开发基于其亲本珍汕97A(ZS97A)和明恢63(MH63)的恢复基因连锁的分子标记,不仅有助于进一步对野败型细胞质雄性不育恢复基因进行精细定位,而且可以用于杂交水稻的分子标记辅助选择育种。本研究在前人研究的基础之上,进一步发展了各种分子标记。利用构建的大作图群体,对新开发出的分子标记进行了连锁分析,以及对多个野败型细胞质雄性不育系和恢复系亲本进行了多态性验证。另外,通过测序、RT-PCR、生物信息分析等手段,初步将2个恢复基因的候选基因进行了分析。本研究得到以下主要结果:
1、用不育系ZS97A为母本,恢复系MH63为父本杂交,得到的24000株F2个体,通过显微镜镜检花粉,筛选出1000株全不育株做为第一个遗传作图群体;
2、从100株F2个体重组自交至F4代筛选单基因复育系,通过分单株系观察育性分离比后,再用SNP分子标记确认,共获得3个单基因复育系株系,其中恢复基因Rf3单基因复育系2个、Rf4单基因复育系一个,同时得到其余12个重组自交系。
3、在前人初步定位的恢复基因Rf3区,通过测序比较,新开发出20个SNP标记,可用于恢复基因Rf3的精细定位。
4、在前人初步定位的恢复基因Rf4区,通过测序比较和生物信息学分析,新开发了6个分子标记,其中1个为SNP标记,1个为InDel标记,4个为SSR标记。用这些标记作连锁分析,发现4个标记与Rf4共分离。
5、分别选用3个Rf3、Rf4连锁标记对19个野败型不育系和3个恢复系之间的多态性进行检验,发现大部分标记能够区分大部分的不育系和恢复系。
6、根据GeneBank和RGP网站的预测结果,在Rf3区两侧最近的分子标记N75和N106之间共发现5个开放读码框。对这些orf做了基因测序和RT-PCR。结果表明,其中orf89编码半乳糖转移酶关联蛋白GTA(GalactosylTransferaseAssociatedprotein,GTA);在Rf4区两侧最近的分子标记D19-5和108-45之间共发现6个orf编码PPR(PentatricoPeptideRepeat,PPR)蛋白家族蛋白,其中的orf4已经被证实是水稻BT型细胞质雄性不育恢复基因Rf1a,因此orf6-orf9为Rf4的候选orf。
7、通过半定量RT-PCR分析了Rf3和Rf4候选orf的表达水平差异,发现Rf4的候选基因之一orf6在不育系与恢复系之间有明显的表达量上的差异,而Rf-3候选orf89在RNA表达水平上没有差别。