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细胞核雄性不育(GMS)是常见于高等植物中的遗传性状。利用雄性不育系配制杂交种,可以免去去雄操作,降低杂交制种成本,提高杂交率。大白菜(Brassicacampestris L.ssp.Pekinensis)是异花授粉植物,其杂种优势十分显著。利用雄性不育系配制杂交种,是大白菜杂种优势利用的重要途径。大白菜细胞核雄性不育两用系’AB01’,是本课题组育成的稳定遗传核基因雄性不育材料,已用其配成了具有100%不育株率和100%不育度的核基因雄性不育系,具有极高的利用价值。本研究利用RNA-seq技术和iTRAQ技术对大白菜细胞核雄性不育两用系’AB01’的可育株与不育株花蕾进行转录组和蛋白质组分析,获得了大量差异表达基因(DEGs)和差异表达蛋白(DEPs),并富集到了相关的代谢途径。通过系统分析DEGs和DEPs的生物学功能,挖掘鉴定出一批与雄性不育相关的基因和蛋白,对部分基因和蛋白进行了表达模式验证。上述结果为大白菜核基因雄性不育研究提供良好的数据平台,也为雄性不育分子机理的探索奠定了基础。主要结果如下:1.供试的大白菜细胞核雄性不育两用系’AB01’的不育株雄蕊退化,花药干瘪,无花粉。利用石蜡切片进行解剖观察,发现雄蕊败育起始于四分体时期,花粉母细胞异常聚集,绒粘层细胞异常膨大,挤压小孢子直至降解死亡,导致不育株花粉败育。2.利用RNA-seq技术对雄性不育两用系’AB01’的可育株与不育株花蕾进行高通量测序,获得了 4,795个DEGs,包括699个在不育株花蕾中上调表达的基因和4,096个下调表达的基因,其中,有212个是在可育株或不育株花蕾中特异性表达的基因。参考大白菜基因组注释信息,筛选出8个花药和花粉发育相关基因,52个花粉壁发育相关基因,22个内源激素相关基因,28个转录因子相关基因。3.对DEGs进行GO功能注释和KEGG Pathway富集分析,获得了 30个显著的GO terms和8个显著富集的Pathways,其中,淀粉与蔗糖代谢、戊糖和葡萄糖醛酸酯转化、氨基酸代谢和植物激素信号转导等代谢途径可能与花粉败育有关。选出24个可能与花药和花粉发育相关的DEGs进行了 qRT-PCR分析,获得的结果验证了 RNA-seq数据的准确性。对其中的15个DEGs进行了不同发育时期花药的表达分析,发现Bra002004(BrAMS)基因在小孢子发育的四分体阶段高表达。BrAMS表达模式分析表明,其仅在可育株雄蕊中高表达。测序结果表明,该基因于不育株启动子区域起始密码子ATG上游409-934bp处缺失526bp,这可能是导致其在转录水平差异表达的主要原因。原位杂交实验证明,Bra002004表达的部位是花药绒粘层和花粉。4.利用iTRAQ技术对雄性不育两用系’AB01’的可育株与不育株花蕾进行了差异蛋白质组分析,共鉴定到5,932个蛋白质,其中DEPs数量为1,494个,包括749个在不育花蕾中上调表达的蛋白和745个下调表达的蛋白。根据蛋白质注释信息,筛选出可能与雄蕊发育相关的41个DEPs,包括5个花药或花粉发育相关蛋白;7个转录因子相关蛋白,29个花粉壁发育相关蛋白。选择16个DEPs进行表达模式分析,验证了 iTRAQ数据的准确性。5.对DEPs进行GO功能注释和KEGG Pathway富集分析,获得了 216个GO terms和6个显著富集的Pathways。其中,碳水化合物分解代谢过程、己糖代谢过程、胞外区、细胞壁和氧化还原活性等前30个GO terms被显著性富集;丙酮酸代谢、三羧酸循环、植物激素信号转导、糖酵解/糖异生、淀粉和蔗糖代谢和光合碳循环相关代谢途径可能参与雄性不育花粉败育进程。6.鉴于本实验室前期已将’AB01’的雄性不育基因定位于大白菜A07染色体,对利用RNA-seq技术和iTRAQ技术筛选出的DEGs和DEPs,在A07染色体上的分布情况进行了统计,获得了 46个位于A07染色体上可能与花粉发育相关的DEPs和DEGs。其中,在定位区间6700-6800kb中比对到Bra014993和Bra01495两个未知功能的DEGs。7.对RNA-seq和iTRAQ数据进行关联分析,获得了 132个在转录水平与蛋白水平同时差异表达的基因和蛋白,其中122个下调表达(基因下调-蛋白下调),10个上调表达(基因上调-蛋白上调),两者之间的相关性系数1=0.5485。对这132个DEGs/DEPs的功能进行注释,16个为未知功能的DEGs/DEPs,116个分别被注释到花粉壁发育相关的酶类、细胞色素P450家族蛋白、激酶相关的受体蛋白、过氧化物酶、羧酸脂酶等功能类别。GO功能注释和KEGG Pathway富集分析结果表明,水解酶活性GO term被显著性富集,内含40个DEGs/DEPs;丙酮酸代谢、淀粉和蔗糖代谢、戊糖和葡萄糖醛酸酯转化、植物激素信号转导、类黄酮生物合成和ABC转运蛋白等Pathways及其所富集到的DEGs/DEPs可能与雄蕊发育有关。