红麻细胞质雄性不育系及其保持系线粒体差异蛋白质组学研究

细胞质雄性不育(CMS)性是作物杂种优势利用基础，目前红麻CMS系的选育与杂种优势利用研究已取得突破性进展，但关于红麻CMS机理的研究尚未见报道。本研究以周瑞阳等选育红麻细胞质雄性不育系和保持系为材料进行其线粒体的差异蛋白质组学研究。首先分离其单核期和双核期的花药线粒体，提取线粒体总蛋白进行双向电泳研究。差异表达蛋白质点采用基质辅助激光解析分离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS) 进行分析，获得肽指纹图谱(PMF)，利用Mascot软件在NCBI 数据库进行搜索和分析，并对差异蛋白进行分类和功能鉴定以期发掘CMS相关蛋白。然后重点选取部分差异蛋白对应的基因进行克隆。对发掘的差异蛋白及基因进行分析，研究结果可为揭示植物细胞质雄性不育机理提供基础性资料。

红麻细胞质雄性不育系的选育与杂种优势利用研究已取得突破性进展，但关于红麻CMS机理的研究还较少。本研究以本课题组选育红麻细胞质雄性不育系和保持系为材料开展红麻CMS机理研究，取得了以下主要结果：（1）建立了适用于红麻花药线粒体蛋白质组学研究的高纯度线粒体的分离方法。（2）红麻线粒体差异蛋白质组学研究；运用双向凝胶电泳技术，获得了CMS系P3A及其保持系P3B花药线粒体蛋白质的清晰凝胶电泳图谱，大约可以识别1000个蛋白质点，不育系和保持系线粒体蛋白质之间存在50个差异点。运用质谱技术鉴定了22个差异蛋白，并对其进行了功能分类。（3）部分差异蛋白相应基因的克隆与表达研究。我们挑选了一个在不育系中下调表达的蛋白基因atp1基因（B01）进行克隆。为了进一步研究该基因在红麻CMS发生中的作用，我们构建了该基因的反义表达载体，并进行了转化模式植物烟草的研究，获得了雄性不育的转基因烟草植株。表明该基因对红麻的雄性不育发生有着重要作用。(4) 克隆了一个与红麻花发育相关的新MADS-BOX基因，该基因的异常表达可能与红麻的CMS发生有关。（5）提出了红麻细胞质雄性不育可能的机制。本项目中，发现差异蛋白大部分与能量代谢相关，例如ATP合酶，三羧酸循环酶等。通过干扰能量代谢基因的表达，获得了雄性不育突变体。能量供应不足对植物的生长发育存在较大影响，特别是在雄配子发育阶段。因此我们从能量代谢角度提出了红麻CMS发生的“能量匮缺”模型来解释红麻CMS的机理。当然，CMS的发生还存在着更深层次的原因，包括核质互作，转录调控等等，这些将在以后的研究中继续研究。