低温诱导下光温敏雄性不育小麦BS366育性相关miRNA分离和功能研究

应用小麦光温敏雄性不育系生产杂交种的二系法，已经成为国内外小麦杂种优势利用的主要途径。小麦光温敏雄性不育系是二系杂交小麦技术的核心，但目前对该类不育系的遗传机制、败育分子机理研究仍处于初级阶段。本研究以小麦光温敏骨干不育系BS366为实验材料，在人工控制环境下通过不同温度处理，在育性敏感时期分期剥取花药，基于对小麦重要调节因子small RNA的研究，探求小麦光温敏雄性不育的机理。通过筛选不育系BS366与雄性不育相关的small RNA，克隆了与小麦雄性不育密切相关的4个miRNA前体及其调控的靶基因。发现调控靶基因ARF的tasiRNA-ARF 和miRNA167 家族受低温胁迫影响，对ARF基因表达具有一定的抑制作用，推测异常表达的tasiRNA-ARF 和miRNA167 可能与BS366 的雄性不育相关。对参与小麦生长素调控的TamiR167a进行了研究，克隆了与其互作的靶基因TaARF6和TaARF8基因。测定BS366花药组织中内源生长素含量结果表明，随着花药的不断发育，其内源生长素的含量在不断降低。初步构建了生长素参与调控小麦雄性不育的调控通路，该过程受到miR167家族的直接调控，被调控的ARF基因又能参与到其他调控通路中，例如茉莉酸合成调控通路等，可见小麦育性调控是多途径共同参与的复杂过程。同时细胞学败育特征研究表明，在不育条件下，BS366成膜体微丝表现异常，细胞板上胼胝质积累不足、不致密，成膜体内部微丝方向凌乱，当连接二分体的细胞骨架断开以后，二分体难以粘连在一起而解体，造成雄性不育。对小麦内源茉莉酸合成通路关键基因TaOPR2进行了功能初步验证，转TaOPR2基因的拟南芥突变体opr3能够恢复育性；亚细胞定位结果显示，该基因定位在过氧化物酶体上，编码蛋白具有分解OPDA的酶活性。而且TaOPR2能够对多种生物和非生物胁迫产生响应，该基因不但参与了小麦内源茉莉酸合成，也参与到了其他的调控通路中。上述结果为解析小麦中茉莉酸下游调控通路、花药开裂机制，以及small RNA调控小麦雄性不育和挖掘更多候选small RNA奠定重要基础。