宁夏枸杞雄性不育花药中胼胝质动态变化特征

胼胝质是以β-1,3键结合的葡聚糖,其形成的壁结构只发生在特定组织。当其提前或延迟降解时,会导致花粉败育,明确胼胝质的沉积动态规律对探究雄性不育机理及利用枸杞雄性不育具有重要意义。本研究以宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)可育系‘宁杞1号’与不育系‘宁杞5号’为实验材料,采用半薄切片技术,并利用苯胺蓝和标记胼胝质的方法和高碘酸-希夫反应(Periodic Acid-Schiff stain, PAS),在光学显微镜下对比观察了不同发育时期的宁夏枸杞可育和不育花药中胼胝质的动态变化特征,分析了胼胝质对不育系花药败育的影响。结果显示,小孢子母细胞时期,可育和不育花药小孢子母细胞外沉积形成厚薄不均的胼胝质壁,荧光反应显示减数分裂形成四分体后,胼胝质壁逐渐增厚。随着花药的进一步发育,可育花药中四分体外胼胝质壁逐渐解体、消失,释放出四个小孢子。而不育花药中四分体外的胼胝质壁不断增厚,并没有出现降解迹象,直至开花,药室中小孢子仍以四分体状态存在,已经变形、解体的四分体外仍包裹着胼胝质壁。胼胝质降解异常是导致宁夏枸杞花粉败育的结构原因。本文进一步对不育系四分体胼胝质壁未发生降解的原因进行了分析,为解析宁夏枸杞雄性不育机理提供理论基础。     

基于RNA-seq技术分析雄性不育宁夏枸杞花药不同发育时期基因表达特征

本研究利用半薄切片法对比分析了宁夏枸杞(Lycium barbarum)雄性不育系‘宁杞5号’和可育系‘宁杞1号’花药不同发育时期的细胞学特征,并进一步采用RNA-seq技术分别对‘宁杞5号’和‘宁杞1号’小孢子母细胞时期、四分体时期和单核时期的花药进行转录组比较分析。结果显示,不育系‘宁杞5号’的绒毡层在四分体时期开始出现异常,同时四分体外胼胝质壁并不发生降解,最终导致不能产生可育花粉粒。花药发育三个时期的转录组分析共筛选到2 619个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),其中1 609个上调,1 010个下调,另有70个DEGs在三个不同发育时期均有出现。GO及KEGG分析均表明,2 619个DEGs主要参与胼胝质合成与降解、脂质代谢、类黄酮生物合成等过程。RT-qPCR验证结果与转录组测序结果基本一致。通过对转录组DEGs的分析,筛选到9个可能与花粉败育相关的胼胝质合成与降解的DEGs,以及19个与花药发育相关的差异表达转录因子。该研究为深入解析宁夏枸杞花药雄性不育的分子机制提供新的基因资源,奠定了一定的基础。