烟草细胞质雄性不育系K326 MADS-box和SUPERMAN基因的特征

作者：崔芳芳; 孟林峰; 刘苗苗; 张建强; 王建革^*; 刘齐元^*

来源：作物学报, 2023, 49(12): 3204-3214.

• 烟草
• 细胞质雄性不育
• MADS-box
• SUPERMAN
• 生长素

细胞质雄性不育是杂种生产的重要工具,也是研究细胞核与细胞质互作的良好系统,但其机制仍不清楚。本研究以细胞质雄性不育系K326为材料,研究了烟草细胞质不育系雄蕊异常与花发育基因表达的关系。细胞质雄性不育系K326源于普通烟草天然不育株,用烤烟品种K326连续回交培育而成,不仅具有心皮化雄蕊现象,同时也有花瓣化雄蕊现象,异常雄蕊基部融合为一体。本研究首先用生信手段对控制普通烟草花发育的MADS-box基因和边界基因SUPERMAN进行了全基因组鉴定,分析了它们染色体定位和共线性,预测了B类基因和SUPEMAN基因的顺式作用元件,并研究了它们在不育系和保持系不同时期花蕾中的表达特征。结果表明,烟草共鉴定出160个MADS-box基因和5个SUPERMAN基因。这些MADS-box基因中有7个B类基因(4个PI基因, 3个AP3基因), 79个MADS-box基因定位于22条染色体上,3个SUPERMAN基因定位于3条染色体上。共线性分析表明,串联和片段DNA重复、倍加作用是MADS-box基因家族扩张的驱动力。观察发现,细胞质雄性不育系K326异常雄蕊在小蕾期就已出现,暗示细胞质雄性不育K326中雄蕊异常是早期分生组织发育缺陷的结果。qPCR检测表明,细胞质雄性不育系及保持系中可以检测到7个B类基因和1个SUPERMAN基因表达。PI基因表达水平NitMADS115在保持系各个时期均高于不育系; AP3基因NitMADS72、NitMADS100表达水平在保持系各个时期均低于不育系;其他基因呈现小蕾期和大蕾期下调,中蕾期上调。SUPERMAN基因只在保持系小蕾和中蕾期可以检测到,而不育系各个时期中均无法检测到;顺式作用元件分析表明, NitMADS115具有生长素响应元件AuxRR。因此,生长素可能在烟草细胞质逆行调控细胞核起重要作用。

• 单位
  江西农业大学; 作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室