基于红麻HcPDIL5-2a基因诱导的棉花雄性不育种质创新研究

HcPDIL5-2a is a gene related to male sterility ,which was discovered by our team in kenaf.Male sterility may be induced based on the overexpression of the gene(we named the MS induced by HcPDIL5-2a as HMS),which has not reported till now in the world.In 2011,HcPDIL5-2a was transducted into cotton varieties by the pollen -tube pathway,and more than 1% HMS plants represented in their filial generation.It is suggested that a wanderful future have spread out in creating genetic engineering MS lines. In this project, firstly,the gene expressing amount in different varieties /lines,which will be transfered,and then HMS plants will be selected in their offspring. Secondly,the anther dispersal raio and pollen aborting radio of the HMS lines will be observed,and then the relationship between the gene copies,expressing amount and HMS fertility will be analysed in order to find a way of regulating the fertility of HMS plants.Thirdly,the genetic behaviour of the HMS fertility will be investigated. Finally, the relationship between the expreesing amount of the gene down-regulated by RNAi and the fertility of HMS plants will also be determinated in order to creating restorer lines of HMS. It is very important for us to create MS lines and restorers for grain crops based on the results of the project.

HcPDIL5-2a是本研究团队从红麻中新发掘的与雄性不育相关的基因。基于该基因超量表达创造雄性不育（以下简称"HMS"）种质资源的研究，国内外均未见报道。2011年，本研究团队用花粉管通道法将目的基因导入棉花，在其后代发现了1%以上的HMS株，展示了十分诱人的研究和利用前景。本项目拟研究目的基因在不同品种（系）间的表达量差异，分析HMS系花药开裂率和花粉败育率与目的基因表达量的关系，研究其雄性不育性的遗传特点，并采用RNAi技术，分析目的基因表达量下调与HMS育性的关系。本研究结果，不但为棉花HMS种质创新提供理论依据，而且对于应用基因工程方法创造其他作物雄性不育资源具有重要的参考价值.

HcPDIL5-2a是广西大学周瑞阳教授领导的创新团队从红麻中发掘的雄性不育相关基因。基于该基因超量表达创造雄性不育（以下简称“HMS”）种质的研究国内外均未见报道。2011年，本研究团队用花粉管通道法将目的基因导入海岛棉，在其后代发现了1%以上的HMS株，展示了十分诱人的研究和利用前景。基于这一研究背景，本项目主要研究结果是：（1）克隆了陆地棉GhPDIL5-2a，其与红麻HcPDIL5-2a基因的相似性达到97％，并克隆了陆地棉GhMS5及GhZIP1基因，但目的基因的表达在不同品种间的差异较大；（2）分析了HMS株系花药开裂率和花粉败育率与目的基因表达量的关系，明确了HMS为无花粉型，育性稳定，具有极高的杂种优势利用价值；（3）分析了HMS系雄性不育性的遗传规律，发现HMS雄性不育性表现为细胞质遗传，而不是预期的细胞核雄性不育（NMS），因此此前所有的转基因植物均表现为细胞核遗传，所以，不得不对原研究内容和研究方案作必要的调整，进行了HMS表现CMS的分子基础研究；（4）基于上述调整，分析了HMS与线粒体相关基因的关系，发现COX基因可能是HMS雄性不育的关键基因；（5）根据HMS雄性不育胞质ATP合成酶基因分析，开发出了雄性不育细胞质的分子标签，为雄性不育种质资源的鉴定和筛选提供了简便有效的方法；（6）采用花粉管通道法转上述目的基因，成功创造出了陆地棉、水稻和红麻CMS资源。至此，本项目已超额完成了预期目标。基于上述研究结果，下一步值得研究的2个最重要科学问题是：为什么采用花粉管通道法转上述基因能创造CMS种质资源而不是NMS种质资源？COX基因与现有海岛棉HMS密切相关的机制是什么？