小麦K型细胞质雄性不育系线粒体基因组不育性相关orf的研究

植物细胞质雄性不育是一种母性遗传现象，与线粒体基因有关，其花粉的败育牵涉到线粒体基因对核基因的反向调控，是研究核质互作的很好范例，也是杂种优势利用的重要途径之一。小麦K型细胞质雄性不育系是将粘果山羊草的细胞质导入到普通小麦中而产生的，具有恢复源广、恢复度高、种子饱满等特点，被认为是最有利用价值的小麦雄性不育资源。对小麦K型细胞质雄性不育系线粒体基因组测序后发现22个不育系特有的orf。从这22个特有orf入手，利用分子生物学技术（Northern杂交和Western 杂交等）鉴定出导致不育的关键orf，同时结合基因芯片技术和蛋白质组学技术等分析不育关键orf对核基因的反向调控情况，并对不育关键orf及其反向调控的相关核基因进行遗传转化分析其功能，为进一步阐明K型小麦核质互作机理和不育基因的利用奠定基础。

本项目从小麦K 型细胞质雄性不育系线粒体基因组22 个特有的orf 入手，利用RT-PCR和Northern杂交技术检测出7个orf（包括orf256、orf299、orf982、orf1331、orf1459、orf1471和orf1484）在不育系和保持系之间有明显差异，将其进行原核表达发现它们对大肠杆菌没有明显毒害作用，进一步用拟南芥花药特异启动子A9驱动，酵母线粒体蛋白COXIV导肽引导构建转化载体转化拟南芥，发现只有orf1471的转基因植株出现部分花粉败育的表型，说明orf1471可能是导致小麦K型细胞质雄性不育系花粉败育的关键基因。同时结合基因芯片技术和蛋白质组学技术分析不育系和保持系花药基因及蛋白的表达情况，发现不育系相较于保持系有许多基因和蛋白上调表达或下调表达，特别是跟物质代谢、能量代谢和信号转导有关的基因和蛋白，说明不育关键基因反向调控了核基因的表达，影响了物质代谢和能量代谢，从而导致花粉败育。利用Western杂交检测细胞色素C的释放及利用TUNEL技术检测DNA的降解发现不育系花药细胞色素C的释放和DNA的降解明显比保持系早而且显著。这些结果为进一步阐明K 型小麦核质互作机理和不育基因的利用奠定了基础。