红麻花粉壁发育相关基因的表达分析和功能验证

Discovery of Kenaf male sterility promotes the development of Kenaf Industry, but systematic molecular research of infertility is slow. We have bred kenaf male sterility. It showed that male sterile pollen extine became abnormal in early cytological observation. With LC0301A and LC0301B , high-throughput transcriptome sequencing technology greatly improves the efficiency of gene expression and development of screening and identification of pollen wall related differences . Through over expression and RNA silencing techniques, we construct vectors to create related genes and obtain transgenic plants with stable traits. The characteristics of phenotype and mechanisms of physiology and biochemistry will be studied in the control and transgenic plants with the subcellular localization, Southern and Northern technology. Changes in pollen wall development process is to elucidate the abortion process of male sterility of kenaf. Regulation of the explicit control of pollen wall growth gene provides a new theoretical basis for the development of the exnine. To investigate whether the control of pollen wall development gene is the key factor to affect the male sterility of Kenaf by new ways. It will provide with genetic engineering techniques for the breeding of Kenaf male sterility.

红麻雄性不育系的发现推动红麻产业的发展，但对不育原因的分子研究进展缓慢。我们培育了红麻雄性不育系，前期细胞学形态观察研究表明雄性不育花粉外壁发育异常。以红麻LC0301A和LC0301B为对象，高通量转录组测序技术极大提高了筛选和鉴定花粉壁发育相关的差异表达基因的效率。通过创建相关基因的超表达和 RNA 沉默表达载体，获得性状稳定的转基因植株。利用亚细胞定位、Southern和Northern技术对花粉壁相关基因时空表达模式进行探究;从而分析其在花粉发育进程中的细胞外壁的变化情况，了解红麻雄性不育的败育进程;明确控制花粉壁发育基因对红麻花粉壁的调控作用，为红麻花粉壁的发育提供新的理论依据。探讨控制花粉壁发育基因是否是决定红麻雄性不育的关键因子；寻找通过基因工程技术培育红麻雄性不育系的新途径。

红麻雄性不育系的发现推动红麻产业的发展，但对不育原因的分子研究进展缓慢。我们培育了红麻雄性不育系，细胞细胞学形态观察研究表明雄性不育花粉外壁发育异常。以红麻LC0301A和LC0301B为对象，高通量转录组测序技术极大提高了筛选和鉴定花粉壁发育相关的差异表达基因的效率。通过对不育系和保持进行电镜观察，红麻不育系花粉败育明显体现在四分体后。红麻不育系和保持系在单核小孢子早中期花粉结构相同，在单核小孢子晚期，明显发现内含物减少，虽然能够形成四分体，但四分体表面没有发现分化，导致花粉壁变薄，后期干瘪，无花粉粒存在。通过对材料的种植、培养时间、部位选择和激素等进行正交试验，最后对愈伤组织的形状、颜色和培养时间进行优化，得到红麻的组培苗，利用红麻子叶得到红麻的组培苗，完成红麻子叶组织再生体系的首次建立，对品种（系）筛选，其中红麻品种7804的再生体系优于其他品种；通过筛选抗生素，红麻遗传转化体系正在有效构建。对红麻不育系和保持系的花粉在四分体时期到二胞期时期代谢组学分析，不育系中胞苷单磷酸N -乙酰神经氨酸、氧代戊二酸、核糖、苯基噻二唑脲和谷氨酰胺比保持系中明显增加，而不育系中N-苯基乙酰天冬氨酸、4-羟基-3-甲氧基-肉桂酰甘氨酸、脯氨酸等物质明显少于保持系。完成了MS1和 AMS 2个基因的克隆，对AAC通过RACE克隆出全长，其中MS1和 AMS两基因编码的蛋白均没有信号肽，属于非分泌蛋白；HcMS1和HcAMS编码蛋白通过亚细胞定位情况，可能作为转录因子，作用于细胞核上，调控与育性相关的基因表达。全部转拟南芥遗传转化，但3个基因在T0至T3均可育；HcMS1在四分体时期保持系表达显著增加，然后迅速下降，而恢复系一直维持为较高水平，在二胞期显著下降。对MS1基因通过叶盘法转化烟草，造成本氏烟草株型矮小、无法正常结实，造成不育。表明HcMS1 确实使红麻花粉壁变薄，花粉粒无法进入细胞腔中，导致败育,为红麻花粉壁的发育提供新的理论依据。