K型温敏恢复基因的精细定位及育性转换相关基因的功能分析

Temperature sensitive cytoplasmic male sterile line A3017, with Ae.Kotschyi cytoplasm，excellent agronomic traits, wide adaptability, showed completely male sterility in normal wheat production conditions as would be needed for producing hybrid seed, but partial fertility restoration in other seasons and growing conditions, thus producing hybrid parent seed. Pedigree and genetic analysis showed that the A3017 carried K-type thermo-sensitive resoration gene from T.spelta var. duh. wheat IB chromosome segment. The thermo-sensitive gene will be carried out fine mapping by the SSR, AFLP and EST markers, and the experimental result will provide condition for gene positional cloning. In addition,Fertility conversion related genes, specific upregulated TaMS-MADSbox (about 660bp) and TaG3BP (about 1230bp) genes from the SSH-cDNA library , will be studied as following: 1)using Real-Time PCR technology, fertility temporal and spatial expression patterns will be analyzed in the fertility conversion process; 2)By chromatin co-immunoprecipitation techniques, to identify target genes regulated by the gene; 3)Building its over-expression vector, and interfering with the flower developmental process of the temperature sensitive material in different fertility conditions, thereby analyze the biological functions during the fertility conversion process. The study results will be rich the molecular biological theory on wheat male sterility, and provide a theoretical basis for the utilization of wheat hybrid heterosis and molecular breeding.

K 型细胞质温敏雄性不育小麦两用系A3017农艺性状优良，适应性广泛，在国内多个麦区正季播种完全雄性不育、反季播种稳定可育。系谱和遗传分析表明，A3017所携带的K型温敏恢复基因来源于斯卑儿脱小麦IBS染色体。本项目将利用SSR、AFLP和EST标记对该基因精细定位，为该基因的图位克隆奠定基础。同时对从A3017育性转换相关基因差异表达SSH-cDNA文库中获得的特异上调表达TaMS-MADSbox（大约660bp）和TaG3BP（大约1230bp）进行系统研究，采用Real-Time PCR技术分析其在小麦育性转换过程中的时空表达模式；利用染色质免疫共沉淀技术，查明受该基因调控的靶标基因；其次构建其过表达载体，干预在不同育性条件下该温敏材料的花发育进程，进而剖析其在育性转换过程中的生物学功能。该研究结果将丰富小麦雄性不育相关分子生物学理论，为小麦杂种优势利用和分子育种提供理论依据。

杂种优势是生物界的普遍现象，利用杂种优势是提高作物产量与品质的一个有效的途径，如玉米、水稻和油菜等作物杂种优势利用已得到了广泛应用，并取得了举世瞩目的成就。许多研究表明，小麦也具有明显的杂种优势，并建立了多种利用小麦杂种优势的途径。小麦雄性不育系在杂种优势利用中具有重要的应用价值，对温敏型小麦温敏恢复基因的发掘和育性转换相关基因的研究有利于不育系的创造与应用。K型细胞质温敏雄性不育小麦两用系 A3017 农艺性状优良，适应性广泛，在国内多个麦区正季播种完全雄性不育、反季播种稳定可育。该温敏细胞质雄性不育系对杂交小麦育种和生产实践具有潜在的研究和应用价值。. 本项目利用组合A3017//L783/TP3017为作图群体，采用SSR和EST-STS标记对K型温敏材料A3017的温敏恢复基因进行各类标记分析，找到与温敏恢复基因紧密连锁的ESTBE444328-STS分子标记（~0.7cM），并应用该标记进行定向选择，创制出近等基因系好KTP116A和KTP116R，为该恢复基因的鉴定及图位克隆奠定了基础。 . 通过对该类型温敏细胞质雄性不育系的温敏关键期鉴定表明，二核期为其稳定的育性转换关键时期；同时对从 A3017 育性转换相关基因差异表达SSH-cDNA文库中获得的特异上调表达 TaG3BP和TaMS-MADSbox进行系统研究，采用 Real-Time PCR 技术分析表明其在小麦育性转换过程中的幼穗花药中特异表达，并分别在不育条件和可育条件呈上调表达； . 利用RNA-Seq技术结合生物信息学分析，获得受该基因调控的苯丙烷代谢和茉莉酸合成相关的靶标基因；采用大麦侵染沉默及转基因技术，干预在不同育性条件下该温敏材料的花发育进程，进一步验证了其在育性转换过程中的生物学功能。该研究结果将丰富小麦雄性不育相关分子生物学理论，为小麦杂种优势利用和分子育种提供理论依据。