非编码RNA介导的茉莉酸代谢通路与小麦光温敏雄性不育系花药开裂异常及育性的关系研究

The key point for wide application of hybrid wheat is to establish the technological system of hybrid seed production with high yield and high efficiency. The photoperiod-thermo sensitive genic male sterile wheat line BS366 is the female parent of ‘Jingmai 7’, a two-line hybrid wheat variety; its pollen is fertile in a fertile environment, but its anthers cannot dehiscence completely, resulting in a low seed setting rate, consequently increasing the cost of seed production. Preliminary studies have shown that under the induction of methyl jasmonate (MeJA), the cracking degree and the seed rate of BS366 can be improved, but the molecular mechanism remains unclear. In this project, we intend to use the stamens of the sterile line BS366 and a control variety Jing 411 as experimental material to explore the non-coding RNA regulation of jasmonic acid (JA) metabolic pathways through high-throughput whole transcriptome sequencing and mRNA, miRNAs, circRNA, lncRNA conjoint analysis. The key genes that affect the crack and fertility of anthers will be cloned, and their relationship with non-coding RNA will be analyzed. In combination with the analysis of the metabolites, we will construct the regulation model of the anther dehiscence and the fertility of wheat photosensitive sterile line regulated by the JA metabolic pathway mediated by non-coding RNAs. This study will give a powerful support to increase the seed-production efficiency of two-line hybrid wheat, and promote the impeccable development of two-line hybrid wheat molecular-breeding system.

建立高产高效的种子生产技术体系，是杂交小麦大面积应用的关键。小麦光温敏不育系BS366是二系杂交小麦品种“京麦7号”的母本，在不育环境下，其花粉不育、花药不开裂；可育环境下，其花粉可育、花药开裂度低，导致结实率降低，进而影响种子生产成本。前期研究表明，在茉莉酸甲酯（MeJA）外源喷施诱导下，可提高BS366花药开裂程度及结实率，但其分子机制还不清楚。本项目拟以不育系BS366和对照品种京411雄蕊为实验材料，通过高通量全转录组测序以及mRNA、miRNA、circRNA、lncRNA联合分析，探究非编码RNA对茉莉酸（JA）代谢通路的调控方式，克隆影响花药开裂及育性的关键基因，分析其与非编码RNA互作关系；结合代谢产物分析，构建非编码RNA介导的JA代谢通路对小麦光温敏不育系花药开裂及育性的调控模型。研究结果对提高二系杂交小麦制种效率和质量，推动杂交小麦分子育种技术体系发展提供支撑。

应用小麦光温敏雄性不育系生产杂交种的二系法，已经成为国内外小麦杂种优势利用的主要途径。小麦光温敏雄性不育系是二系杂交小麦技术的核心与基础，目前对该类不育系的遗传机制、败育分子机理研究正处于发展阶段。小麦光温敏不育系BS366是二系杂交小麦品种“京麦7号”的母本，在不育环境下，其花粉不育、花药不开裂；可育环境下，其花粉可育、花药开裂度低，进而影响种子生产成本。前期研究表明，在茉莉酸甲酯（MeJA）诱导下，可提高BS366花药开裂程度及结实率，但其分子机制尚不清楚。本项目以不育系BS366和对照品种京411雄蕊为实验材料来研究非编码RNA介导的JA代谢通路对小麦光温敏不育系花药开裂及育性的调控。主要结果如下：.（1）分离了11个茉莉酸甲酯信号通路重要的受体-小麦MYC家族成员序列，通过对其启动子区顺式作用元件分析，发现除对MeJA响应外，很多MYC家族基因包含响应光的顺式作用元件，可能参与JA-light crosstalk 通路，影响花药开裂及育性，并构建了MYC与miRNA互作通路。.（2）转基因验证了miR167a对花药开裂及育性调控的功能，克隆了其靶基因TaARF6和TaARF8基因。通过测定BS366花药组织中内源生长素含量发现，随着花药的不断发育，其内源生长素的含量在不断降低，并构建了生长素参与调控小麦雄性不育的调控通路。.（3）克隆了花药开裂相关基因——糖苷水解酶TaBG，发现不开裂花药中TaBG的表达量要高于开裂花药；花药在外源激素MeJA溶液处理下，TaBG总体呈现下调表达。tae-miR395a呈现上调表达与TaBG表达趋势相反，表明tae-miR395a能抑制TaBG的表达。.（4）克隆了水通道基因TaPIP1, 发现TaPIP1可能受tae-miR1131和tae-miR408调控, 进而参与植物的抗氧化过程，同时TaPIP1可能通过与TaHSP90互作, 参与花药壁细胞膨压的调控, 进而影响小麦花药开裂。.（5）发现异常的囊泡运输、钙离子的可变剪接及lncRNA的调控，导致了细胞骨架基因的改变，进而导致了花粉壁发育相关基因异常，最终导致花粉败育及花药开裂异常。