玉米单向异交不亲和基因Ga2-s的精细定位及其不亲和机理初探

Unilateral cross-incompatibility genes are known as gametophyte factors (Ga) which influence the sexual transmission of haploid gametes. Many popcorn strains carry these genes and can fertilize dent and flint maize strains. However, the reciprocal crosses are often unsuccessful. This cross-incompatibility of Ga genes can be applied to the reproductive isolation among maize relatives and to study signal transduction and pollen-pistil interactions in the course of maize fertilization. Ga genes are numerous in maize. Ga1-s and Tcb1-s have been studied throughly which show 100% unilateral cross-incompatibility.We have collected and studied various Ga materials and found that 511L carrying Ga2-s had 100% uilateral cross-incompatibility. The objectives of this research are: (1) genetic analysis and fine mapping of the Ga2-s gene;(2)elucidating the biological mechanism of the unilateral cross-incompatibility.

玉米单向异交不亲和基因是一种配子体基因（Ga）。Ga基因是指影响单倍体配子有性传递的遗传因子。许多带有Ga基因的爆裂玉米可以给不带有Ga基因的马齿和硬粒型玉米正常授粉结实，反交则通常不结实。Ga基因的这种特性在生产上可以用于特用玉米与普通玉米以及非转基因玉米与转基因玉米之间的生物学隔离；在基础理论上可以用于研究玉米受精过程中的基因互作、信号传导以及雌雄配子间的不亲和机理。目前在玉米中发现了很多Ga基因，研究较为深入的是Ga1-s和Tcb1-s，它们均具有100%的单向异交不亲和性。我们收集了许多Ga基因的玉米材料，经过两年两点的测试，发现带有Ga2-s的材料511L也具有100%的单向异交不亲和性。本研究的目的：（一）利用511L与郑58的回交群体，对Ga2-s进行遗传研究和精细定位；（二）通过观察受精过程中花粉的生长情况对Ga2-s的单向异交不亲和的生物学机理进行初步的研究。

在某些玉米中存在着一种单向异交不亲和现象，即具有该特征的玉米花粉可以正常的给普通玉米授粉，却不接受普通玉米的花粉。研究表明，这种现象是由配子体基因Ga基因所控制的。玉米Ga2-s基因就是其中少数的具有100%单向异交不亲和性的基因。该基因对研究高等植物雌雄配子识别、信号传导以及玉米生物学隔离等有重要的理论和实践意义。经过三年的努力，我们基本完成了本项目"玉米单向异交不亲和基因Ga2-s的精细定位及其不亲和机理初探”中预期的目标和任务。在2014-2016年间，我们先后以郑58，W22组建定位群体（n=26320），最终将Ga2-s定位在分子标记CIDP148.7.19A与IDP150.1.3之间，在B73参考基因组的物理距离为1.31Mb。同时我们分别构建了Ga2-s供体材料511L与Ga2-m供体材料ms6044的BAC文库，筛选出覆盖定位区间的BAC克隆重叠群。通过分析比较序列信息确定了候选基因。在研究Ga2-s单向异交不亲和的机理过程中，我们通过观察不同材料间授粉时花粉的生长情况，发现花粉能萌发却不能伸长是造成单向异交不亲和的主要原因。