利用花药转录组分析BnMs5调控减数分裂的机制

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甘蓝型油菜显性细胞核雄性不育系FM195AB是由宜3AB转育而来,其育性受复等位基因BnMS5控制。BnMS5的3个等位基因分别是BnMS5a(恢复基因)、BnMS5b(不育基因)和BnMS5c(正常可育或临保系基因),其显隐性关系为BnMS5a>BnMS5b>BnMS5c。通过细胞学观察发现造成FM195A雄性不育的原因是减数分裂停滞在减数分裂前期Ⅰ的细线期。辛强(2016)克隆了BnMS5基因,通过序列比对发现BnMS5只在芸薹属特异存在,是一个进化上新近产生的芸薹属特异的功能未知基因。为了进一步阐明BnMS5影响减数分裂的分子机制,本研究检测了近等基因系FM195R(纯合恢复系:BnMS5a BnMS5a)和FM195A(纯合不育系:BnMS5b BnMS5b)的雄蕊转录组,每个样品2个重复。通过比较分析得出如下主要结果:  1.通过Illumina HiSeq-150平台进行测序产出Raw data共114G,过滤后的Cleandata共108G。通过Hisat2把过滤后clean reads比对到ZSll的参考基因组上,匹配率都在90%以上。比对到Exon(外显子)区域的clean reads占比也都达到90%以上。  2.结合Ballgown与DEseq2的差异表达基因分析结果,发现在不育雄蕊中上调表达的基因有522个,下调表达基因有831个;在可育雄蕊中特异表达基因有1727个,在不育雄蕊中特异表达基因有1598个。  3.通过Blast2GO对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。结果显示,BnMS5可能通过影响表达调控相关基因,进而影响了染色体和染色质形态、细胞周期调控过程、与细胞分裂有关的染色体运动过程,最终影响减数分裂。  4.本研究分析了拟南芥中功能已知的影响减数分裂和雄性不育相关基因的差异表达,发现BnMS5调控了与染色体浓缩、重组解旋酶和拓扑异构酶相关基因的表达,进而影响了染色体形态建成,导致同源重组、联会、染色体配对等过程异常;BnMS5还调控细胞周期相关抑制因子、影响染色体运动和细胞分裂。BnMS5的功能缺失导致这些过程异常,致使减数分裂阻滞在了减Ⅰ细线期,间接引起绒毡层发育异常,最终导致FM195A雄性不育。
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