油菜隐性核不育分子机理及其在杂种优势中的利用

细胞核雄性不育是作物杂种优势利用的有效途径之一。但由于核不育很难获得全不育群体，因而限制其在杂种优势利用上的潜力。有效解决母本行中50%可育株问题是核不育利用的关键。本项目以甘蓝型油菜2套隐性核不育材料为研究对象，在前期研究基础上，分析图位克隆隐性核不育S45A恢复基因BnMs1和BnMs2调控的分子机理，解析该基因在甘蓝型油菜花粉粒外壁形成时的分子生物学功能，同时利用该恢复基因，构建智能核不育系，有效解决油菜杂交种生产中母本行50%可育株问题；对图位克隆隐性核不育7365A恢复基因BnMs3进行功能分析，并在蛋白质水平上，解析质体与小孢子发生发育的关系；同时，探索隐性核不育系7365A自交繁殖的有效途径，获得全不育群体，提升核不育在杂种优势利用中的潜力。本研究结果不仅对阐明植物小孢子发生发育的分子机理具有重要科学意义，而且还将为甘蓝型油菜杂种优势利用提供更为有效的途径。

甘蓝型油菜隐性核不育材料，由于其具有败育彻底、不育性表现稳定、细胞质来源丰富及恢复源广等优点，已成为利用油菜杂种优势的重要途径之一。目前，在生产运用中主要有双隐性核不材料S45AB和三隐性核不育材料7365ABC，而避免拔除50%可育株问题的解决，使其在生产上具有更大的运用前景。本项目以这2套甘蓝型油菜隐性核不育材料为研究对象， 其中对于隐性核不育系统S45AB，主要利用恢复基因 BnMs1构建智能核不育体系，有效解决该系统在繁殖和制种过程中，母本行50%可育株问题，目前已经筛选到2个只在花药后期（成熟花粉粒）中特异表达的启动子，融合致死基因进行拟南芥转化，结果显示这2个启动子驱动致死基因对发育中的花粉都有致死效应，可以杀死携带恢复基因BnMs1的花粉，只传递携带不育基因的花粉；对于甘蓝型油菜隐性核不育系统7365ABC系统，修正了以前提出的3位点遗传模式，证明该系统是由2个位点控制，分别是BnaMs3/Bnams3 (N19)和Bnams4a/Bnams4b/Bnams4c (N07)。利用图位克隆技术，结合BAC文库的筛选，确定了该系统中的不育基因Bnams4b，序列比对分析发现Bnams4b为一个新起源的嵌合基因，该基因对植株个体发育不利，能引起野生型拟南芥和油菜的雄性不育，该基因与恢复基因BnaMs3（BnCYP704B1）是共进化的关系，促使了BnaMs3（BnaC9.Tic40）的新功能化。Bnams4b和BnaC9.Tic40能够分别引起十字花科其他植物的败育以及育性恢复，说明不育基因Bnams4b具有潜在的广泛育种应用价值。本研究结果不仅对阐明植物小孢子发生发育的分子机理具有重要科学意义，对雄性核不育系统的育种应用也会更加全面和完善。