红麻细胞质雄性不育资源筛选的遗传基础研究

以红麻种质资源为材料，利用分子标记方法进行线粒体和叶绿体基因组的多态性分析，并对其进行分类；选择细胞质遗传距离较远的红麻野生种与栽培品种，互为父母本组配杂交组合，根据其后代的育性表现分析其是否可选育出核质互作雄性不育系；利用现有雄性不育细胞质资源和保持系资源与其它未知细胞质育性基因类型的种质资源测交，以发掘出新的雄性不育细胞质资源；同时，以现有保持系为母本，以红麻野生种UG93（现有CMS系的细胞质供体）为父本，采用反向选育法,以发掘栽培品种的CMS资源。在上述CMS资源的基础上，分析红麻雄性不育细胞质线粒体的分子标签，为发掘新的红麻雄性不育细胞质资源提供理论依据，并为其它作物细胞质雄性不育资源的发掘提供参考，同时，也为研究细胞质雄性不育的机理提供基础性资料。

本项目是在申请人多年从事红麻细胞质雄性不育种质创新的基础上提出的。经过连续4年的研究，得到如下主要结果：（1）发掘出了红麻CMS相关基因atpA、atp6、atp8和atp9， 开发出了基于atp6、atp8和atp9序列特征的分子标签，由此可鉴定出CMS细胞质和可育细胞质；（2）据CMS系的细胞质来源，可将红麻CMS资源分为野生种和栽培品种2大类，并据此选育出了4个野生种和8个栽培品种质核同源的CMS系及其保持系，二者为线粒体基因组水平的近等基因系，而前人用于比较研究的CMS系和保持系是质核异源，由此导致在进行线粒体基因组遗传差异分析时存在较大的遗传信息干扰，因此，线粒体基因组近等基因系的建立，对于发掘CMS关键基因、揭示红麻CMS机理提供了极有价值的研究材料；（3）基于保持系中发现的雄性不育（BS）株具有同源杂交表现GMS、异缘杂交表现CMS的遗传特点，提出了基于R/r基因的"线粒体基因组重排发生假说"，并构建了8对R/r基因的全套研究材料，对于发掘线粒体基因组重排基因，研究CMS与GMS的关系，及CMS的起源和形成机理具有重大的研究价值；（4）基于上述CMS的分子标签，鉴定出了3个红麻野生种细胞质种质资源，并据此选育出了5个同核异质雄性不育系，可有效避免单一细胞质杂交种的大面积推广导致病虫害大发生的潜在危险；（5）基于红麻CMS相关基因的克隆、测序与分析结果，atp9可能是与红麻CMS密切相关的关键基因，但该基因没有与其它基因嵌合，而是在编码区以外3’端有47bp的缺失，导致atp9 的转录本小于保持系及其与恢复系杂交F1代，与前人CMS系atp9转录本远大于保持系的结果正好相反。由此暗示，红麻UG93 CMS可能是一种新的作用机制，具有十分重要的研究价值。