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杂种优势利用是提高作物产量的有效方法之一,质核互作雄性不育在杂种优势利用中起着重要作用。大豆(Glycinemax(L.)Merr.)是重要的蛋白质和油料作物,但产量低是制约其发展的主要因素。迄今为止,尽管国内外已从三系选育、遗传学、细胞学和分子生物学等方面对大豆质核互作雄性不育开展了广泛的研究,但继续开展大豆新质核互作雄性不育系的选育以及相关机理研究是很有必要的。大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A是国家大豆改良中心以栽培大豆N8855作为供体亲本与N2899(后来指定为NJCMS1B)作为轮回亲本连续回交获得的。本研究拟以不育系NJCMS1A为材料,开展新质核互作雄性不育系选育以及不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B间差异转录组和蛋白质组分析研究。获得主要结果如下:1.大豆新质核互作雄性不育系选育及不育系NJCMS1A的保持源和恢复源鉴定在实验室原有的研究基础上,以大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A为母本,以常规大豆品种为父本,继续进行回交转育,初步获得4个新的稳定且纯合的大豆质核互作雄性不育系,分别命名为NJCMS6A、NJCMS7A、NJCMS8A和NJCMS9A。同时开展不育系NJCMS1A的保持源和恢复源鉴定,结果表明,诱变30等11个品种为NJCMS1A的保持源、冀豆17等46个品种为NJCMS1A的恢复源、荷豆18等17个品种对NJCMS1A的恢保关系尚不能确定。2.大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B间差异转录组研究利用RNA-Seq技术对大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B的幼小花芽进行差异转录组研究。根据“FDR ≤ 0.05和|log2Ratio(FC)|≥ 1”两个阈值,共鉴定出365个差异表达基因(Differential expressed genes,DEGs),其中,相较于保持系NJCMS1B,在不育系NJCMS1A中有339个DEGs下调表达、26个DEGs上调表达。GO注释结果显示242个DEGs(66.3%)被注释到19个功能组,同源蛋白簇(COG)聚类结果表明265个DEGs(72.6%)被注释到19个COG类别,KEGG富集结果显示46个DEGs(12.6%)被富集到33个代谢通路中。qRT-PCR表达分析验证RNA-Seq结果是可信的。根据差异转录组分析结果并结合相关文献报道,推测大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A的雄性不育性可能与一些关键DEGs的功能及其参与代谢途径的异常有关,包括碳水化合物和能量代谢、转录因子、花粉发育、活性氧清除、细胞信号转导和细胞程序性死亡(PCD)等。3.大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B间差异蛋白质组研究利用iTRAQ技术对大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B的幼小花芽进行差异蛋白质组研究。根据|Fold Change| ≥ 1.5和P≤0.05两个阈值,共鉴定出180个差异表达蛋白(Differential expressed proteins,DEPs),其中,相较于保持系NJCMS1B,在不育系NJCMS1A中有60个DEPs下调表达、120个DEPs上调表达。GO注释结果表明167个DEPs(92.78%)被注释到41个功能组,COG注释结果显示106个DEPs(58.89%)被注释到20个COG类别,KEGG富集结果表明128个DEPs(71.11%)被富集到53个代谢通路中。质谱多反应监测(MRM)分析和qRT-PCR实验均验证iTRAQ结果是可信的。根据差异蛋白质组分析结果并结合相关文献报道,推测大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A的雄性不育性可能与碳水化合物和能量代谢异常、蛋白质合成与降解失衡、花粉发育调控异常、细胞程序性死亡(PCD)、物质/次级物质代谢紊乱、质核互作或育性恢复基因表达异常以及某些已知或未表征的蛋白的差异表达等有关。4.大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B间差异转录组和蛋白质组结果的联合分析对大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B间差异转录组和蛋白质组结果进行联合分析,共鉴定出15个具有相同表达模式的共有DEGs/DEPs。GO注释结果显示15个DEGs/DEPs被注释到31个GO功能组,COG注释结果显示11个DEGs/DEPs(73.33%)被注释到7个COG类别,KEGG富集结果显示13个DEGs/DEPs(86.67%)被富集到15个代谢通路中。Cluster聚类结果表明差异转录组和蛋白质组结果的相关性较好。qRT-PCR表达分析结果表明15个DEGs/DEPs的表达模式与它们的RNA-Seq和iTRAQ结果基本一致。根据差异转录组和蛋白质组结果的联合分析并结合相关文献报道,推测大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A的雄性不育性可能与能量供应不足、物质合成与代谢紊乱、胁迫响应失调和细胞程序性死亡(PCD)等有关。