油菜新型胞质雄性不育系1193A 恢复基因的精细定位与克隆

Brassica napus is an important oil crop in China, which has obvious heterosis. Currently , the main ways of heterosis utilization in Brassica napus are cytoplasmic male sterility systems, and restorer line is the basic material of heterosis utilization.Breeding of elite restorer line is critical to select strong heterosis hybrids. Cloning of restoring gene or acquiring tightly linked molecular markers can accelerate the process of breeding elite restorer lines and strong heterosis hybrids, so study on the restoring gene for breeding of restorer line and hybrids is of great significance.The study with new type cytoplasmic male sterility 1193A and restorer line in Brassica napus as experimental material locates and clones the restoring gene,and identify its function via transgenic technology.We will also study expression pattern of the gene also and develop tightly linked markers or functional markers,which would lay the foundation for researching fertility control mechanism and breeding elite restorer line via marker-sssisted selection.

油菜是中国重要的油料作物，其有着明显的杂种优势。选育优良的恢复系对于配制强优势杂交种是至关重要的。克隆恢复基因或获得与恢复基因紧密连锁的分子标记可以加快优良恢复系和强优势杂交种的选育进程，因而恢复基因的研究对于恢复系和杂交种的选育具有十分重要的意义。本研究将以油菜新型细胞质雄性不育系1193A 和恢复系为研究材料，在初步定位的基础上对恢复基因进行精细定位和克隆，再通过对恢复基因的遗传转化进行功能验证，从而鉴定出1193A 不育系的恢复基因，并研究其在不同组织器官中的表达模式和突变位点，以及开发与恢复基因紧密连锁标记或功能标记，为研究育性控制机理和分子标记辅助选育优良恢复系奠定基础。

油菜杂种优势的利用在提高油菜产量和品质上发挥着巨大的作用，而细胞质雄性不育系统(CMS)是当前利用油菜杂种优势的主要途径，也是最重要的授粉控制系统之一。不育系1193A是新选育的甘蓝型油菜细胞质雄性不育系，对其育性恢复基因进行研究，有助于进行一步将该不育系应用于生产。本项目通过利用BAS-seq和RNA-seq技术，结合运用生物信息学、分子生物学、细胞生物学等方法与技术，对不育系1193A的恢复基因及育性调控分子机制进行了初步研究。（1）通过BSA-seq技术，发现了亲本间存在非同义突变的SNP共40个和移码突变的InDel共7个，混池间存在非同义突变的SNP共65个和移码突变的InDel共11个；通过基因注释，在候选区域内共注释到162个基因，其中存在非同义突变基因11个，移码突变基因5个，再结合转录组表达分析初步将编码PPR蛋白基因BnaC09g01040D作为候选恢复基因。（2）通过转录组测序研究，在不育株和可育株花蕾中发现了4704个差异表达基因，其中表达上调的基因有3652个，表达下调的基因有1052个。对这些差异表达基因进行了GO功能显著性富集分析、COG功能分类统计分析以及KEGG通路显著性富集分析。在这些差异表达基因中有855个基因与花粉和花药的发育过程有关，其中804个基因在不育株中表达都是下调的；与糖类代谢和能量代谢相关的酶基因大部分都在不育株中表现为下调，这些基因的表达下调导致了花粉和花药发育不正常，引发雄性败育。此外，大部分的S1Fa-like、WRKY、MYB、MADS等转录因子在不育株花蕾中表达都是下调的，这些差异表达的转录因子可能在育性调控中起重要作用。（3）对候选恢复基因的SNP位点进行了检测和分析，获得了2个TSP标记，为进一步开发恢复基因的分子标记奠定了基础。本研究结果有利于进一步研究不育系1193A的育性控制机理及选育优良恢复系和杂交组合。