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植物核雄性不育现象广泛存在于自然界中。由于用其育成的核不育两用系,既可作为不育系又是保持系,因而具有重要的育种应用价值和理论研究价值。白菜(Brassica campestris L.ssp.chinensis Makino)起源于我国,是我国栽培面积最大、产量最高的蔬菜之一,也是杂种优势利用最为普遍的一类作物,其雄性不育系的选育及其应用基础研究深受人们的重视。白菜核雄性不育两用系自20世纪80年代育成以来,已在一代杂种生产应用中发挥了重要作用。它的遗传背景比较简单,不育系中植株的不育性状是由一对核隐性基因控制的,所以也是研究植物雄性不育分子机制很好的材料。但是,目前对其的认识还停留在形态、细胞和生理水平,产生雄性不育的分子机制还很不清楚,一定程度上限制了它在生产上的进一步利用。不断发展和完善的分子生物学理论和技术为研究白菜核雄性不育分子机理提供了强有力的手段。 本研究以白菜核雄性不育两用系的测交后代群体为实验材料,一方面从DNA入手,利用RAPD-PCR技术寻找与育性基因相连锁的分子标记;另一方面从mRNA入手,利用DD-PCR技术,寻找和筛选与白菜核雄性不育相关的基因。研究中获得了一些初步的结果,为探讨白菜核雄性不育发生的分子机理提供了一些信息。结果如下: (1)本实验证明,采用较高的复性温度,可以有效地防止非特异性带的产生,优化了RAPD-PCR反应条件,提高了检测的准确性。对于白菜来说,42℃复性温度更合适。通过对基因组DNA的提取方法加以改进,获得了高质量的白菜基因组DNA,具有快速、简单、实用并且成本低的优点。 (2)系统比较分析了白菜核不育两用系不育株与可育株植株性状、育性、花器结构、花粉扫描电镜形态和花蕾总蛋白的SDS-PAGE电泳,为从分子水平进一步研究核雄性不育机理奠定基础。白菜核雄性不育两用系不育株群与可育株群花蕾总蛋白的SDS-PAGE凝胶电泳结果表明:不育株和可育株各有一条特异带,分别简称为A-1、B-1,A-1分子量大约为45kD,B-1分子量为50kD左右,而且两者的表达量都比较高;而在茎、叶、子房中总蛋白电泳条带在可育株与不育株之间无差异;不育株与可育株的总蛋白的种类差异不明显,SDS-PAGE电泳结果显示大约都有12条带。这一结果与大白菜核雄性不育两用系花蕾总蛋白SDS-PAGE电泳结果不一致,大白菜核雄性不育可育株中的总蛋白含量种类明显多于不育株,可育株中有20-22条区带,而不育株仅有10条区带。这可能说明两种材料的核雄性不育产生原因不同,影响花粉败育的方式也可能不一样。 (3)白菜核雄性不育两用系不育株与可育株花蕾的石蜡切片观察表明:不育株小孢子败育发生在减数分裂时期。小孢子母细胞期小孢子母细胞排列松散而且细胞畸形。减数分裂时期相对于可育株而言绒毡层细胞排列较为松散。不育株小抱子只进行了一次减数分裂,不能进行第二次减数分裂形成四分体,没有四分小抱子的正常释放,导致了花粉败育。随后处于第一次减数分裂的小抱子母细胞分散开,细胞畸形,伴随着内溶物外溢的现象。内溶物外溢现象不断加剧,最后只剩下细胞空壳。这些异常现象发生可能与许多基因的协同表达或不表达有关。 (4)分别以白菜不育株与可育株基因组 DNA混合池为模板,进行 RAPD-PCR扩增,试验共筛选了412个随机引物,其中5107引物的MPD-PCR结果中可育株有一特异条带,暂命名为S107E。为了获得该RAPD标记与育性基因的重组交换率,以 1999年白菜核雄性不育材料进行 SI 07引物 99个单株的 RAPDICR验证。研究结果表明,带 5107E RAPD标记的雄性可育株、不带 5107E MPD标记的雄性可育株。带5107-B RAPD标记的雄性不育株、不带S107E RAPD标记的雄性不育株比例为35:9:4:sl。5107-B RAPD分子标记与育性基因之间的重组交换率为 13.1%。 6)利用DDoCR技术对白菜核雄性不育两用系不育株群和可育株群花蕾做了差异分析,对6种反转录模板和20种差异随机引物共120种组合中,获得了18条CDNA差异带,这些差异带中大多数都是弱带,其中7条差异带为不育株所特有的,其余的11条为可育株所特有,不育株与可育株都有自己特异的cDNA差异条带;这些cDNA差异片段大多在 250hp叶 之间。对其中 6条差异显著的特异带 B03024、B03184《。B0318-4、B0319-5、B0320-4和 B0320-4-a进行了 Northern分析,获得了一阳性 cDNA片段B0302-4。经狈序表明,B0302-4共有463hp,GenBankBLAST查询表明B0302。4与拟南芥第一条染色体上编码细胞色素P450蛋白的基因CyP86C4有84.3%的同源性,而且CYP86C4基因组DNA序列中不存在内含子,这就为获得基因全长提供了方便。 (6)根据B0302-4片段的已知序列,设计一特异引物,进行B0302-4片段3’端序列的PCR扩增臼’RACEX 并且得到了B0302*片段带有完整的3’polyA尾的3’端序列。根据拟南芥中细胞色素P450基因5’端核昔酸序列的同源性,设计了两个简并引物,与B0302-4片段的基因特异引物进行5’端序列的P