小麦雄性不育相关转录因子的鉴定与分析

雄性不育是存在于高等植物中的一种重要现象，与作物杂种优势的利用密切相关，因此对植物雄性不育机理的探索一直是一个非常活跃的研究领域。近年来在模式植物拟南芥中已经发现了多个影响花药发育的转录因子基因，但在作物中雄性不育相关转录因子的研究进展缓慢，在主要粮食作物小麦中，目前尚无任何育性相关的转录因子基因被克隆。我们将小麦转录因子大规模转化水稻，通过转基因水稻育性的观察，筛选出了4个编码小麦转录因子的候选雄性不育相关基因。本研究拟在此基础上，通过回交群体的育性分离，进一步验证转录因子的超表达与雄性不育的关系；通过小麦转化，鉴定这些基因的超表达在六倍体小麦中对育性的影响；通过细胞学观察和分子生物学实验，推测转录因子引起雄性不育的分子机制。本研究对于发现新的雄性不育基因及小麦的品种改良具有重要的意义。

在农业生产中，产量一直是最受关注的问题之一。作物的结实率是影响产量的关键因素，花药发育与作物的育性及结实率密切相关。因此，对花药发育的研究有着重要的应用价值。在模式植物中，花药发育过程的基因调控网络已经有了较为详细的研究，但在小麦中参与花药发育的基因还没有任何报道。小麦是世界上最主要的粮食作物，因此对影响产量的小麦花药相关基因进行研究意义重大。.本研究利用小麦转录因子转水稻技术平台，从大量转基因水稻株系中挑选出了多个育性明显降低的株系，并对其表型及转基因插入的连锁情况进行了鉴定。测序得到了多个转录因子家族的小麦基因，选择TF1299为重点研究对象。转有该基因的纯合水稻结实率明显降低，花药形态及结构异常，花药中的花粉量少且异形花粉多，而其雌蕊发育正常。将该基因在拟南芥中超表达，后代中的转基因纯合植株也表现出育性降低的表型。.对这个小麦基因进行序列分析，发现该基因A、B、D基因组的cDNA有着99.56%的序列一致性，仅7个碱基存在差异，转入的是B基因组的cDNA。其DNA序列含有5个外显子和4个内含子，根据基因组间的差异序列开发基因组特异引物，利用缺体-四体DNA将该基因定位在小麦第四同源群上。.对其蛋白序列进行分析，发现该蛋白同时含有DUF3594和PHD两个保守结构域，这类蛋白广泛存在于各植物物种中。虽然该基因含有DNA结合结构域，但其本身并不具有转录自激活活性，并且该蛋白在细胞质及细胞核中均有表达，该蛋白可能需要和其他蛋白结合才能行使其功能。.在小麦基因超表达的转基因水稻中，对已研究的水稻花药发育关键基因进行检测，发现多个花药发育相关基因的表达量都在转基因水稻中明显升高，该基因的超表达对这些基因的表达产生正调控作用，导致花药发育异常。.本项目的三个研究目标全部完成，鉴定了一个能引起花药发育异常的小麦基因TF1299；初步确定其对下游的多个花药发育关键基因产生了正调控造成花药发育的异常；因其功能较为保守，在其他物种中也具有一定应用价值。