TaF8-1调控小麦生理型雄性不育花粉败育的分子机制研究

The use of physiological male sterile line of wheat induced by new chemical hybridiztion agent SQ-1 is one of the important ways in breeding and utilization of two-line hybrid wheat. However, the mechanism of pollen abortion induced by chemical hybridizing agent SQ-1 is still relatively weak. Our previous studies showed that the expression of TaF8-1 was involved in anther development of the physiological male sterility wheat induced by chemical hybridization agent SQ-1. And male sterile phenotype was observed from wheat with down-regulated expression of TaF8-1 induced by virus induced gene silencing. To meet these objectives, an RNAi-TaF8-1 fusion vector will be constructed and transformed into wheat calluses, following which hormone-induced plant differentiation will be used to identify the function of TaF8-1 in the resulting transformants. In addition, the regulatory mechanism of TaF8-1 in male-sterile anthers induced by SQ-1 will be studied using chromatin immune precipitation, qRT-PCR, mRNA in situ hybridization and bioinformatics technology. The rseearch results will provides an important basis for revealing and perfecting male sterility mechanism of physiological male-sterile lines induced by SQ-1.

利用新型化学杂交剂SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育系配制杂交种是小麦杂种优势利用的重要途径之一，因此深入研究其诱导小麦花粉败育机理对推动化控二系杂交小麦大面积应用具有重要作用。申请人前期研究表明，TaF8-1基因参与了化学杂交剂SQ-1诱导的小麦花药败育过程，并在病毒诱导TaF8-1基因下调表达的植株中获得了雄性不育表型。本项目在前期研究的基础上，拟以SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育系及对照可育系为试材，采用分子生物学、免疫学、生物信息学研究方法，研究TaF8-1基因的特征、功能及受化学杂交剂SQ-1诱导表达的调控网络，探究TaF8-1蛋白在SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育花粉发育过程中对候选靶基因的调控模式及其参与的信号转导途径。研究结果将为深入揭示和完善SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育机理提供重要的理论依据。

利用雄性不育系实现小麦杂种优势利用是小麦单产突破现阶段产量瓶颈的重要途径，然而优良不育系的获得确是该途径得以大范围利用的关键，因此本研究拟以化学杂交剂SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育系PHMYS-1376及其对照可育系MF-1376花药为材料，研究了代谢和基因层面差异特征及TaF8-1和TaEVR6基因功能与SQ-1安全性，取得的了以下结论:（1）正常小麦花药发育需要糖代谢、脂代谢、氨基酸代谢等多个与糖酵解和TCA循环有关的代谢通路，且代谢物之间存在不同程度相关；（2）大量差异代谢物参与SQ-1诱导小麦花粉败育，尤其是淀粉合成糖酵解涉及21个差异代谢物，且淀粉合成主要关键基因及底物表达异常，其中GBSSⅠ基因低表达，可能是导致不溶性淀粉合成受阻，引发花粉败育的主要原因；（3）RNA-seq所获差异基因涉及植物激素信号传导等多个途径，其中JA与ABA含量及其代谢通路关键基因表达量与对照MF-1376差异显著，表明JA和ABA信号转导途径与PHYMS-1376花药异常发育密切相关；（4）克隆了差异基因TaRVE6，发现TaRVE6在细胞核内表达，过表达拟南芥发现该基因能够促进植物提前开花和果荚伸长，且与TaMYB5-like存在互作关系；（5）TaF8-1基因仅在二核期和三核期花药表达，具有明显的组织特异性，且亚细胞定位在细胞核中，同10个蛋白存在互作关系，功能有待进一步解析；（6）用化学杂交剂SQ-1喷施过的叶片饲喂麦长管蚜不影响其种群参数和繁殖参数，说明小麦化学杂交剂SQ-1具有一定的生态安全性。以上研究结果明确了化学杂交剂SQ-1诱导小麦花粉败育分子机理的研究方向，为解析化学杂交剂SQ-1诱导小麦花粉败育机理，拓展SQ-1应用范围和开发新型高效，廉价化学杂交剂提供了重要理论参考。