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菊花(Chrysanthemum morifolium)作为我国十大传统名花和世界四大切花之一,在花卉产业中处于极其重要的地位。但是在菊花的开花过程中,花序中央的小花是由外轮逐渐向内轮发育,花粉逐渐散出,大量的花粉团掉落在舌状花上,导致观赏价值降低;此外,大量的花粉漂散到空气中,会造成花粉污染,对人体的皮肤和呼吸道产生过敏性危害,导致花粉症。因此,选育无花粉污染菊花新品种具有极其重要的意义。目前菊花最普遍、最卓有成效的育种方法仍然是传统的杂交育种,研究菊花与散粉有关的花器性状的遗传规律将为菊花散粉性状的分子标记和QTL定位提供理论依据,最终为培育无花粉污染的菊花奠定理论基础。为此,本研究首先以无花粉污染(花药不含花粉或花药壁不开裂)菊花品种‘Kingfisher’、‘南农玉笏’、Q1-62、QX-107、‘南农冰激凌’和QX-008为母本,‘南农菲紫,、‘南农红橙’、‘南农银山’、‘南农红焰’和‘诺亚’为父本开展了人工杂交实验,研究了部分组合杂交亲和性和子代散粉特性或花粉污染程度,在此基础上筛选并获得无花粉污染株系。其次,选择父母本性状差异较大且后代群体数量大的组合,利用主基因+多基因混合遗传模型并结合单个F2世代分离分析方法对F1分离群体进行混合遗传分析。最后,采用高通量测序技术研究了花粉败育品种‘Kingfisher’品种花粉败育关键时期前后转录组的差异。主要研究结果及结论如下:(1)在20个杂交组合中,统计得到QX-107 ב南农红橙’、QX-107 ב南农银山’、Q1-62 ב南农红焰’的花粉在柱头上萌发数目最多,平均分别为19.93、17.53、15.63粒;QX-008 ב南农红橙’、‘南农冰激凌’ב南农红橙’、QX-107 ב南农菲紫’的花粉在柱头上萌发数量中等,分别为6.87、9.87、10.87粒;QX-008 ב诺亚’、‘南农玉笏’ב南农红焰,、Q1-62 ב诺亚’的花粉在柱头上萌发数量极低,分别为0、0.02、0.12粒。QX-107 ב南农红橙’、QX-107 ב南农银山’结实率较高,分别为53.02%、51.73%。Q1-62 ב南农菲紫’、QX-008 ב诺亚’结实率极低,分别为0.63%、0。QX-107 ב南农红橙’、QX-107 ב南农银山’、‘南农冰激凌’ב南农菲紫’的结实率/授粉8 d后子房饱满率比值分别为97.43%、94.40%、104.04%;而‘南农玉笏’ב南农菲紫,、‘南农玉笏’ב南农红焰’、Q1-62 ב南农菲紫’分别为7.23%、2.00%、7.73%。另外,获得的57个无花粉污染F1代中有23个花药不含花粉,其余34个花药含花粉但花药不开裂。结果表明:以无花粉的品种作为母本,其柱头可授性和结实率较低,但得到无花粉的后代较多;而以花药含花粉但花药壁不开裂的品种作为母本,其柱头可授性和结实率普遍较高。(2)花药含粉量和花序含粉量性状在F1群体中变异系数分别高达80.63%、88.64%,杂交后代中超亲分离现象广泛存在,中亲优势率分别为29.33%、-4.11%。花药含粉量符合B-2模型,也就是“2对主基因,加性-显性效应”,主基因遗传率高达85.56%;花序含粉量符合B-1模型,即由2对主基因控制的加性-显性-上位性效应,其主基因遗传率为80.15%。结果表明:F1群体变异系数极高,花药含粉量与和花序含粉量性状都由2对主基因控制,主基因遗传率高,受环境影响小。(3)利用高通量测序技术分析了花粉败育品种‘Kingfisher’花粉败育时和败育后两个时期转录组的差异,获得25.39 Gb数据,组装并去除冗余后得到98,459个Unigene,57,226个Unigene注释到7个数据库。筛选得到18,663个基因在样品间具有显著差异,其中败育后时期相对于正在败育时期显著上调表达的基因共8,448个,显著下调的基因共10,215个;对差异基因进一步分析发现,与细胞程序性死亡、蛋白质降解、ROS相关的基因以及一些转录因子在败育时显著表达。结果表明:半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、metacaspase、26S/泛素蛋白酶体、乙烯、AMS、ZAT1和CalS5等很可能在调控菊花花粉败育代谢网络中发挥着重要作用,为菊花花粉败育基因的克隆和花粉败育分子机理研究奠定了良好基础。