温敏基因雄性不育系373S花药结构细胞学观察及遗传研究gydF4y2Ba芸苔属植物显著gydF4y2BalgydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

光周期和/或热敏雄性不育是作物两系杂交育种中一种有效的授粉控制系统。在此之前，我们发现了部分雄性不育植物的自发突变，并在2003年开发了一个温敏基因雄性不育(TGMS)系373SgydF4y2Ba芸苔属植物显著gydF4y2Ba本研究通过细胞学观察、光周期/温度处理和遗传学研究对该TGMS系进行了鉴定。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

镜下观察发现，小孢子胞质凝聚、胞外不规则、绒毡层异常降解与花粉败育有关。田间和生长箱条件下不同的温度和光周期处理表明，373S的育性变化主要是由温度变化引起的。光周期以及温度与光周期的交互作用的影响不显著。导致育性变化的临界温度范围为10°C(15°C/5°C) ~ 12°C(17°C/7°C)，温度响应阶段与花粉母细胞形成至减数分裂阶段的花药发育一致。遗传分析表明，373S的TGMS性状由一对基因控制，雄性不育为隐性基因。多重PCR分析显示，373S的细胞质为gydF4y2Ba波尔gydF4y2Ba类型。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

我们的研究表明373S线在gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba有一种新的热敏基因吗gydF4y2BaBnmsgydF4y2Ba^t1gydF4y2Ba在gydF4y2Ba波尔gydF4y2BaCMS细胞质背景，其育性变化主要由温度变化引起。本研究结果将拓宽TGMS资源，并为今后的两系杂交育种奠定基础gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

杂种优势的商业利用大大提高了玉米的产量[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]，大米[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba]，油菜籽[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba和其他作物。油菜杂种优势利用的有效授粉控制系统包括基因雄性不育(GMS)、细胞质雄性不育(CMS)、生态雄性不育(EMS)、自交不亲和(SI)和化学杂交剂(CHA)。其中，EMS(或称为光周期和/或温敏基因雄性不育(P/TGMS))被认为是一种可以产生两系杂交的有效系统。它的优点是:几乎所有的常规自交系都能恢复育性，可以作为父本，没有观察到与不育诱导细胞质相关的负面影响，并且该系统的基因可以很容易地转移到其他遗传背景[2]。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。根据对温度和光周期的响应，该系统可进一步分为温度(热)敏感型雄性不育(TGMS)、光周期敏感型雄性不育(PGMS)和光周期和热敏型雄性不育(PTGMS)。gydF4y2Ba

油菜籽(gydF4y2Ba芸苔属植物显著gydF4y2Ba(L.)是世界范围内重要的油料作物，提供供人类食用的食用油和工业原料，如牲畜饲料、润滑剂和生物柴油[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。迄今为止，杂交油菜籽至少占中国总种植面积的75% [gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。中国科学家开展了油菜籽P/TGMS种质资源开发的先驱工作。先前报道的P/TGMS系在gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba可分为两种类型，即TGMS和PTGMS。第一类包括湘油91S及其衍生型湘油402S [gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]， 373 [gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]， 104 [gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]， 160 [gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]，惠友50 [gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]， sp2s [gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]， 100 [gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]、TE5A [gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。第二类包括H90S [gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]， n196s [gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]及501-8S [gydF4y2Ba22gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。一些P/TCMS线，包括ABgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]，而533S及其衍生物417S也在油菜籽中被发现[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba，gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。一些P/TGMS系，如TGMS系K121S [gydF4y2Ba27gydF4y2Ba，gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]和PTGMS系祖奈(S)，均发现于gydF4y2Bab . junceagydF4y2Ba(gydF4y2Ba29gydF4y2Ba]。以TGMS系香油91S及其衍生物为基础的香油5号、香油7号和两油586等油菜两系杂交种的选育[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]，甘良友2 [gydF4y2Ba31gydF4y2Ba]、甘良友3号[gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]和甘良友5号[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]，以PTGMS系501-8S为基础，在国内已成功开发并获批，预示着两系杂交种在油菜籽杂种优势利用上的广阔前景。而P/TGMS新材料的发现和选育将有助于我们从理论上全面揭示P/TGMS基因的多样性、表达及其遗传机制，丰富油菜杂种优势研究和利用的方法和内容。gydF4y2Ba

显著gydF4y2Ba373S系是一种TGMS系，是由2002年部分雄性不育植株02-373的自发突变通过连续几代自交而发展而来的[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。必须揭示育性改变的遗传特征和机制。本研究对373S进行了花发育形态学观察、花粉发育细胞学观察、光周期和温度对育性变化的影响以及遗传分析。本研究的目的是:(a)研究373S的花药败育特征;(b)阐明温度和光周期对育性改变的影响;(c)揭示373S的遗传特性。研究结果将有助于了解该雄性不育系的遗传机制，并指导其在油菜两系杂交育种中的实际应用。gydF4y2Ba

373S系形态特征及其育性表达gydF4y2Ba

结果表明，373S的花期为15.9 d，不育期为13.5 d，占不育期的84.9%。单株花总数为401.5朵，其中不育花282.3朵，占70.8%。而373S自交结实率指数为0.59，数值较低(表3)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

373S植株的花在育性转换前后表现出形态上的差异。当373S植株从雄性可育状态过渡到不育状态时，一朵花中功能雄蕊数从6个减少到0个，花丝长度减少，萼片、花瓣、雌蕊和蜜腺等其他花器官发育正常(图3)。gydF4y2Ba1gydF4y2Baa、d、e)。373S植株完全雄不育时，花仍然开得宽而平，花丝缩短，雄蕊枯萎，不产花粉(图3)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab).随着田间环境的变化，373S植物中一些新开的花变得肥沃、发育良好，花药能够产生足够的花粉粒(图3)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bac). 373S自交条件下结实率较差(图3)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bag,表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，但在开放授粉下正常(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2Baf)，说明373S花的柱头和子房功能正常。gydF4y2Ba

小孢子和花粉发育的细胞学观察gydF4y2Ba

用细胞学方法观察了373S植株不同发育阶段的花药发育，以表征花药败育。如图所示。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，在373S之间没有观察到差异(图3)。gydF4y2Ba2gydF4y2Baf, g)和控制组中双9 (ZS9)(图2)。gydF4y2Ba2gydF4y2BaA, b)直到花药发育的四分体阶段。在单核小孢子早期，373S植物的小孢子改变了其外壁形状，变成不规则的圆形和三边内陷(图3)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bah1-h3)，与可育对照比较(图3)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bac).在液泡化小孢子阶段，可育对照的小孢子通常只有一个大液泡和一个细胞核，核核向一侧移位(图2)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bad).最后形成成熟花粉(图2)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bae). 373S植株的小孢子细胞质高度凝聚，发生了质解(图3)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bai). 373S植株的小孢子在花粉成熟阶段完全降解(图3)。gydF4y2Ba2gydF4y2Baj)。gydF4y2Ba

半薄切片结果显示，在小孢子母细胞(MMC)阶段，373S与对照之间没有差异(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Baa, f)。在可育对照中，MMCs在四个小室中分别进行减数分裂，产生单倍体小孢子四分体(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bab)与此同时，373S的花药发育在四分体阶段出现异常，不育花药的绒被细胞含有高度浓缩的细胞质(质解)，部分四分体的细胞质开始降解，只剩下胼胝质(图3)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bag)。在液泡化小孢子期，373S中大部分小孢子形状不规则改变，细胞质降解，部分小孢子保留细胞核(图3)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bah)与可育对照比较(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bac). 373S的绒毡层细胞富含小液泡，染色深度深(图3)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bah)。在单核小孢子后期，373S的大部分小孢子降解，只有少数花粉粒看起来正常(图3)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bai)与对照组比较(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bad).在花粉成熟期，可育对照的花粉粒已经成熟(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bae)，而373S植物的细胞完全降解，在4个室中留下了一堆残余物。绒毡层也被完全降解(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Baj)。gydF4y2Ba

利用扫描电镜进一步表征了373S植物花药发育过程中花粉的外壁。结果表明，373S与对照在花粉粒表面形态上存在差异。与对照相比，正常花粉粒呈卵形，萌发沟分布均匀(图2)。gydF4y2Ba4gydF4y2Baa, d)中，373S植株的叶片均发生畸变(图3)。gydF4y2Ba4gydF4y2Bab、e和f)。有些沿着生发沟放气(图2)。gydF4y2Ba4gydF4y2Bae)，其他则垂直于生发沟(图2)。gydF4y2Ba4gydF4y2Baf)。然而，当373S植株恢复育性时，在其花药中可以观察到可育和不育的花粉粒(图3)。gydF4y2Ba4gydF4y2Bac)。gydF4y2Ba

373S雄性不育花最早可检测到的缺陷是四分体时期细胞质高度凝聚。373S植物四分体刚释放幼小孢子后，小孢子不规则地改变形状并降解。与可育对照相比，373S花药的绒毡层细胞降解异常。上述结果表明，373S植株小孢子细胞质凝聚(质解)和绒毡层的异常降解实际上与花粉败育有关。gydF4y2Ba

373S对温度和光周期的响应gydF4y2Ba

373S系的育性在花期会逐渐发生变化。通过盆栽(花期11/3/2017-30/3/2017，陕西杨凌)(E1)、2016年田间条件(花期30/3/2016-15/4/2016，陕西杨凌)(E2)、2017年田间条件(花期2/4/2017-17/4/2017，陕西杨凌)(E3)和温室条件(花期19/2/2017-7/3/2017)(E4) 4种不同环境对373S系雄性育性表达的影响，研究环境条件对雄性育性表达的影响。每天记录373S植株在不同环境下的雄性育性指数(MFI)。相关分析结果表明，373S的MFI与开花前3 ~ 4周的3天平均气温呈显著负相关gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba和gydF4y2Ba4gydF4y2Ba:表S1-4)，对应于抽苔期，花蕾长度为1-3毫米。计算出373S的临界温度在9.07℃~ 13.34℃之间(表1)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)，其中MFI等于零。gydF4y2Ba

在受控环境下进行了两组实验，以进一步表征373S对温度和光周期处理的响应。两个实验均采用油菜籽植株1 ~ 3 mm芽的MFI数据进行分析。不同大小的花蕾用不同颜色的线标出，然后将油菜籽放入生长柜中。上述试验和两组控制环境的结果表明，油菜籽花蕾的温度响应期在MMC形成至减数分裂期间，花蕾长度为1 ~ 3mm。在第一组试验中，将13°C/3°C(平均8°C)、15°C/5°C(平均10°C)和17°C/7°C(平均12°C) 3种不同温度条件的处理置于生长柜中，昼/夜分别为14 h，光强为14000 Lux。三种处理表现出差异(表2)gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba）.10°C(15°C/5°C)和8°C(13°C/3°C)处理的MFI显著高于12°C(17°C/7°C)处理。373S植株在10°C(15°C/5°C)和8°C(13°C/3°C)处理下显示出正常的花粉。gydF4y2Ba5gydF4y2Baa、b、d和e)，而它们在12°C(17°C/7°C)处理下表现出完全不育(图2)。gydF4y2Ba5gydF4y2Bac、f)。gydF4y2Ba

第二组试验采用4个处理:12 h, 13°C(白天)/12 h, 3°C(夜间);12 h, 17℃(白天)/12 h, 7℃(夜间);14 h, 13℃(白天)/10 h, 3℃(夜间);14 h, 17°C(白天)/10 h, 7°C(夜间)。MFI数据的方差分析结果显示，四种处理之间存在显著差异(表2)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.不同温度(13°C/3°C、17°C/7°C)对373S的MFI影响显著不同。然而，两种光周期制度(12 h白天/12 h夜晚和14 h白天/10 h夜晚)的影响以及温度和光周期之间的相互作用没有表现出显著差异(附加文件)gydF4y2Ba5gydF4y2Ba表5)。对照植株在两组试验中均表现出正常的育性(数据未显示)。gydF4y2Ba

373S的育性变化主要由温度变化引起，导致育性变化的临界温度范围为10℃~ 12℃。温度响应阶段与花药从MMC形成阶段到减数分裂阶段发育一致。gydF4y2Ba

基因分析gydF4y2Ba

以373S系和5个近交系(ZS9、陕2B、川优20(川20)、Pol B和SH11)为亲本进行遗传分析，结果表明，5个亲本均具有良好的遗传亲和性gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba5例生育能力正常(表1)gydF4y2Ba5gydF4y2Ba）.FgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和公元前gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba人口汇总见表gydF4y2Ba6gydF4y2Ba．菌株的可育和不育分离数据gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba373S系与陕2B系杂交3年(2016-2018)得到的种群符合孟德尔分离比3:1 (gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.05)。数据来自bbcgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba由373S × Shaan 2B杂交得到的种群比例为1:1 (gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.05)。可育植株与不育植株的比例分别为3:1和1:1gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和公元前gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba其他4个父本(川20号、SH11号、ZS9号和Pol B)的居群(表2)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba）.这些结果表明，373S的雄性不育是由一对隐性等位基因控制的(我们将隐性等位基因命名为gydF4y2BaBnmsgydF4y2Ba^t1gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

采用9012A、YY10S、H50S、Pol A和Shaan-GMS 5个不同的雄性不育材料和Pol A的维持或恢复亲本，对373S与其他已报道的雄性不育材料进行等位基因检验。结果表明，所有FgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba由373S得到的群体中，9012A、YY10S、H50S和Pol A 4个雄性不育材料均可育(表3)gydF4y2Ba5gydF4y2Ba）.FgydF4y2Ba_1gydF4y2BaShaan-GMS的结果表明，373S在可育植株与不育植株的比例为1:1。这一发现表明gydF4y2BaBnmsgydF4y2Ba^t1gydF4y2Ba在373S系中，与这5个雄性不育材料中的雄性不育基因无等位(或不同)。6个亲本系(其中5个是Pol A的维持系，1个是Pol A的恢复系)与373S杂交，结果均为FgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba人口是肥沃的(表1)gydF4y2Ba5gydF4y2Ba）.这一发现表明373S具有恢复基因gydF4y2Ba招标书gydF4y2Ba和gydF4y2Ba波尔gydF4y2BaCMS细胞质或正常细胞质(N)指的是gydF4y2Ba波尔gydF4y2BaCMS细胞质。gydF4y2Ba

采用多重PCR方法鉴定373S的细胞质类型。结果表明，给定的细胞质类型(Ogu, Ip-Ogu, Pol A/Shaan 2A, Nap和Cam)与各自PCR产物的特定组合相关(图2)。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba）.这一发现支持了Zhao等人之前的研究结果。[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]。747bp波段出现在373S [gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]，因此我们得出结论，373S有gydF4y2Ba波尔gydF4y2BaCMS cytotype。gydF4y2Ba

我们的基因结果显示373S有gydF4y2Ba波尔gydF4y2BaCMS细胞质及其恢复基因gydF4y2Ba招标书gydF4y2Ba．因此，这个品种有一个新的温敏基因gydF4y2BaBnmsgydF4y2Ba^t1gydF4y2Ba在gydF4y2Ba波尔gydF4y2BaCMS细胞质背景。gydF4y2Ba

光周期和/或温敏雄性不育(P/TGMS)是作物两系杂交育种中一种有效的授粉控制系统。先前报道的油菜籽P/TGMS种质可分为两类，即TGMS和PTGMS [gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba19gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba，gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。以这些P/TGMS种质资源为基础，成功培育了多个油菜籽两系杂交品种，并在中国正式注册[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31gydF4y2Ba，gydF4y2Ba32gydF4y2Ba，gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]，表明两系杂交种在油菜杂种优势利用上具有广阔的应用前景。我们之前开发了一个gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba2002年自发突变的雄性不育系373S [gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。本研究对该品系进行了花药败育细胞学观察、光周期和温度对育性改变的影响以及遗传分析。结果表明，373S植株小孢子细胞质凝聚(质解)和绒毡层异常降解与花粉败育有关。373S植株的育性变化主要由温度变化引起，抽苔期导致育性变化的临界温度为10°C(15°C/5°C) ~ 12°C(17°C/7°C)，对应于花粉母细胞形成到减数分裂阶段的发育。遗传研究表明，373S具有一个新的热敏基因gydF4y2BaBnmsgydF4y2Ba^t1gydF4y2Ba在gydF4y2Ba波尔gydF4y2BaCMS细胞质背景。本研究为进一步扩大TGMS资源提供了有益的信息gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba并为两系杂交育种奠定了基础gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

雄性不育系的花粉败育可能发生在生殖过程的整个阶段，且败育方式差异很大。Sun等报道了H50S系的小孢子从四分体中释放出来后开始败育，败育的小孢子中找不到液泡，败育的小孢子细胞核塌陷[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。Ge等人指出，慧优50S的花粉败育发生在单核期[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。在TGMS SP2S系中，花药败育发生在PMC的早期，绒毡层细胞在这个阶段已经高度空泡化和增大，单核小孢子最终被降解[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。Yan等观察到TGMS突变体TE5A的花药败育发生在减数分裂前期I，因为在TE5A突变体中同源染色体不能配对、突触、凝聚、形成二价体，雄性配子发育受阻[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。在本研究中，373S系的花药败育发生在细胞质高度浓缩的四分体期。此后，在液泡化小孢子阶段，检测到不规则形状的外壁。在无核小孢子后期，绒毡层的退化速度比可育对照快。这些结果表明，细胞质凝聚、外壁不规则、绒毡层异常降解与花粉败育有关。在以往的TGMS资料中未见不规则外腔的报道。gydF4y2Ba

研究环境条件对P/TGMS系育性表达的影响，有助于阐明其雄性不育的机制，为其育种利用奠定基础。gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。Sun等报道了H50S系低温表现为雄性可育，高温表现为雄性不育。临界温度为15℃- 16℃(日平均)，敏感期可能为无核期早期(芽2-3毫米)[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。Yu等研究表明，油菜籽TGMS系SP2S的育性在开花前12-14天受温度变化影响较大，而光周期对其育性影响不明显。SP2S系在日最高温度高于20℃时雄性不育，低于15℃时接近可育[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。Yan等人认为TE5A在低温下表达雄性育性，在花期温度> 20℃时转化为完全不育表型[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。Zhang等研究表明，温度是影响TGMS系160S花粉育性变化的主要因素。在15℃时，该系花器官发育正常，花粉育性高达82.6%。然而，在25°C时，该系表现出高度的雄性不育[gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。Liu等报道了N196S系育性表达受温度和光周期的交互作用影响。该品系在温度低于8℃、光周期短于12 h时可育，而在温度高于13℃、光周期长于13 h时表现雄性不育[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。本研究结果表明，373S系育性变化主要受日平均温度的影响。光周期处理的效应以及温度与光周期处理的交互作用均未达到显著水平。373S系在日平均温度高于12℃时表现为雄性完全不育，在日平均温度低于10℃时表现为雄性完全不育。导致育性改变的临界温度为10 ~ 12℃，反应期为花粉母细胞形成至减数分裂期。gydF4y2Ba

在遗传特征的P/TGMS系中gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba， TGMS系香优91S的育性由2对GMS基因和1 ~ 2对温敏基因遗传控制[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。TGMS系104S的育性由一对GMS基因和一对温敏基因以及几个次要基因控制;其GMS基因与源自于湘油91S的湘油402S不具有等位基因[gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。TGMS系1000s的育性受2对GMS基因和2对温敏基因控制，其GMS基因与湘油402S和104S不具有等位基因[j]。gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。PTGMS系H90S的育性受3对GMS基因控制[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]， SP2S的温度至少由两对热敏基因控制[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]，而H50S则由一对GMS基因控制[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]，而TE5A系则由一对以雄性不育为显性性状的温敏基因控制[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。本研究表明，373S的雄性不育由一对基因控制，雄性不育为隐性基因。gydF4y2BaBnmsgydF4y2Ba^t1gydF4y2Ba）.另外5份雄性不育材料9012A、YY10S、H50S、Shaan-GMS和Pol A进行等位基因检测。9012A是一种隐性基因的雄性不育系，其雄性不育性由gydF4y2BaBnMs3 / BnMs3gydF4y2Ba多等位基因gydF4y2BaBnMs4gydF4y2Ba位点包括三个等位基因，恢复等位基因gydF4y2BaBnMs4gydF4y2Ba^{一个gydF4y2Ba}即雄性不育等位基因gydF4y2BaBnMs4gydF4y2Ba^bgydF4y2Ba，以及维持等位基因gydF4y2BaBnMs4gydF4y2Ba^cgydF4y2Ba，优势关系为gydF4y2BaBnMs4gydF4y2Ba^{一个gydF4y2Ba}>gydF4y2BaBnMs4gydF4y2Ba^bgydF4y2Ba>gydF4y2BaBnMs4gydF4y2Ba^cgydF4y2Ba(gydF4y2Ba36gydF4y2Ba，gydF4y2Ba37gydF4y2Ba]。YY10S来源于遗传隐性雄性不育系117A，其育性受两对基因控制gydF4y2BaBnms1Bnms1Bnms2Bnms2gydF4y2Ba(gydF4y2Ba38gydF4y2Ba，gydF4y2Ba39gydF4y2Ba，gydF4y2Ba40gydF4y2Ba］gydF4y2Ba．gydF4y2BaH50S为TGMS系，其育性由一对GMS基因控制[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。Shaan-GMS是主要的GMS材料gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba，其育性受一个单基因多等位基因座控制，该等位基因座有三个不同的等位基因(gydF4y2Ba女士gydF4y2Ba，gydF4y2Ba女士gydF4y2Ba,gydF4y2Ba曼氏金融gydF4y2Ba) [gydF4y2Ba41gydF4y2Ba，gydF4y2Ba42gydF4y2Ba，gydF4y2Ba43gydF4y2Ba，gydF4y2Ba44gydF4y2Ba]。Pol A (Polima CMS)是一种细胞质雄性不育系gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba在国内外油菜籽杂种优势的研究和利用中发挥着重要作用。我们的研究结果表明gydF4y2BaBnmsgydF4y2Ba^t1gydF4y2Ba在373S系中，与被试雄性不育材料中的雄性不育基因无等位(或不同)。一组Pol a维持和恢复基因的杂交结果及多重PCR分析[j]。gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]表明373S具有gydF4y2Ba波尔gydF4y2BaCMS细胞质和gydF4y2Ba招标书gydF4y2Ba基因。综上所述，我们的遗传结果表明373S有一个新的热敏基因gydF4y2BaBnmsgydF4y2Ba^t1gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

通过花器官形态观察、小孢子发生细胞学观察和遗传学研究，对373S系的花药败育、温度和临界温度的影响以及温度响应阶段进行了研究。我们的遗传研究表明，373S具有一个新的热敏基因gydF4y2BaBnmsgydF4y2Ba^t1gydF4y2Ba在gydF4y2Ba波尔gydF4y2BaCMS细胞质背景。373S的遗传比以前报道的P/TGMS系更简单gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba通过简单的育种方法，可以很容易地将其TGMS基因转移到新的遗传背景中。进一步的研究工作应进一步确定热敏基因，揭示雄性育性转变的分子机制，寻找适合杂交制种的区域或条件。本工作为进一步扩大TGMS资源提供了有益的信息gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba为两系杂交育种奠定了基础。gydF4y2Ba

植物材料和田间试验gydF4y2Ba

显著gydF4y2Ba雄性不育系373S是由2002年发现的一株部分雄性不育系02-373连续自交而获得的[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。这条线的代金券标本没有存放在任何公开的植物标本室。ZS9, Shaan 2B, Chuan 20, Pol B, SH11, Bronowski, Westar和一个新合成的gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba包括9012A、YY10S、H50S、Shaan-GMS、Pol A、Ogu CMS和IP-Ogu CMS 7个不同的雄性不育材料。这些材料是在本研究使用之前从自交或兄弟姐妹交配中获得的，至少有六代。所有植物材料由西北农林科技大学农学院油菜籽研究中心提供。田间试验于2009年、2010年和2016-2018年作物季节(第一年9月中旬播种，第二年5月底收获)在西北农林科技大学试验站(北纬34°16′，东经108°4′，海拔530 m)进行。试验田每行长2 m，行间和行内间距分别为0.5 m和0.15 m。栽培方法包括整地、施肥和灌溉，对所有参赛/试验一视同仁。gydF4y2Ba

373S的形态与育性观察gydF4y2Ba

本试验在2016-2017年作物季节进行。在2017年4月花期，选取373S系的10株植株，记录了花期、不育期、不育期百分比(100 ×不育期/花期)、单株总花、单株不育花、不育花百分比(100 ×不育花/单株总花)和自交结实率指数(自交总种子数/自交总花数)。对373S系的花卉和植物也进行了拍摄，记录了花序、花蕾、花、雄蕊、雌蕊、蜜腺和花蕊。gydF4y2Ba

花粉发育的细胞学观察gydF4y2Ba

所有标本采集于2016年4月。当373S植株第一次开放的花的雄性育性可以通过视觉检测到雄性不育时，将植株的主要花序收集到塑料袋中，放在冰上，并迅速运送到实验室。ZS9系作为细胞学观察的对照。用乙酰胭脂红染色法检测花粉发育阶段与芽长之间的关系。将不同发育阶段的花药固定包埋在LR-White树脂中进行半薄切片观察。用金刚石刀在Leica EM UC7超微切片机(Leica, Nussloch, Germany)上获得半薄切片，在室温下用0.1%甲苯胺蓝O染色30-60 s，在OLYMPUS BX51显微镜(OLYMPUS, Japan)下检查。扫描电镜下采集对照ZS9和373S植株的鲜花。将花粉粒用双面胶带固定在阴离子溅射设备上，镀上金，随后在日立S-3400 N扫描电子显微镜下观察。gydF4y2Ba

不同环境下373S的育性表达gydF4y2Ba

分析了环境温度对373S雄性育性表达的影响，分别为盆栽环境(命名为E1，花期11/3/2017-30/3/2017，陕西杨凌)、2016年田间条件(命名为E2，花期30/3/2016-15/4/2016，陕西杨凌)、2017年田间条件(命名为E3，花期2/4/2017-17/4/2017，陕西杨凌)和温室盆栽环境(命名为E4，花期19/2/2017-7/3/2017,12 h)。28.5°C(白天)/12 h, 10°C(夜晚))。以油菜系ZS9为对照进行育性分析。每个处理(环境)取10株进行花性观察。开花期，每株取5枝，每枝取5朵新开的花，每日观察雄性育性。根据每朵花的花丝长度和功能雄蕊数量，将MFI分为0、1、2、3、4、5、6 7个等级[gydF4y2Ba45gydF4y2Ba]。采用10株植物MFI数据的平均值作为各处理(环境)的日MFI数据。花期MFI与花前1 ~ 32天最高、最低和平均气温的3 d平均值进行了相关分析。E1、E2和E3三个环境的温度数据来自气象网(gydF4y2Bahttp://lishitiantian.com/index.htmlgydF4y2Ba）.对于E4环境，温度数据是手动记录的。gydF4y2Ba

373S在受控环境下的育性表达gydF4y2Ba

373S系于2017年9月中旬田间播种，1月中旬春化后移栽到盆栽温室。这些植物在温室中培养2周，温度为28°C/14°C，昼夜循环14 h/10 h，光照强度:14,000-16,000 Lux。在抽苔期，在花蕾1-2、2-3、3-4、5-8 mm处标记不同颜色的螺纹。然后将植物转移到生长柜中进行两组实验，为期10天，然后返回温室。根据373S在上述四种环境下育性表达的实验结果，在14 h昼/夜/10 h光照强度为14000 Lux的条件下，在生长柜中采用13°C/3°C(平均= 8°C)、15°C/5°C(10°C)和17°C/7°C(12°C)三种不同的温度制度进行第一组实验。第二组试验在14000 Lux光强条件下分为4个处理:14 h, 13°C(白天)/10 h, 3°C(夜间);12 h, 13℃(白天)/12 h, 3℃(夜间);14 h, 17℃(白天)/10 h, 7℃(夜间);12 h, 17°C(白天)/12 h, 7°C(夜间)。以ZS9系植株为对照。 For the two sets of experiments, all treatments had three biological replications with three pots (one seedling per pot) each. The MFI data of each flower were recorded everyday according to the seven-level standard described above [45gydF4y2Ba]。每个处理的MFI数据用三个生物重复的平均值表示，每个生物重复用三个锅的平均值表示。gydF4y2Ba

继承gydF4y2Ba

将373S与ZS9、陕2B、川20、Pol B和SH11 5个近交系杂交。结果FgydF4y2Ba_1gydF4y2Bas是自行生产FgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba并与373S回交产生BCgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba年代人口。所有的FgydF4y2Ba_1gydF4y2BaFgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba公元前,gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba于2009年、2010年和2016-2018年三季在中国陕西杨凌的试验田种植不同群体及其对应亲本。在花期记录了这些种群的雄性生育力。gydF4y2Ba

将373S与5个雄性不育系(9012A、YY10S、H50S、Shaan- gms和Pol A)、5个保持系(Bronowski、Chuan 20、ZS9、Pol B和Shaan 2B)和1个Pol CMS恢复系(SH11)进行杂交，以揭示它们之间的相互关系。gydF4y2Ba

细胞质类型的鉴定gydF4y2Ba

新合成的YY10S、Pol A、9012A、Westar等9个材料共12个三叶期植株gydF4y2Ba显著gydF4y2Ba采用改良的CTAB法，随机从每个菌株中选择加入、Bronowski、Ogu CMS型、IP-Ogu CMS型和373S进行基因组总DNA分离[gydF4y2Ba46gydF4y2Ba]。利用Zhao等人建立的多重PCR分析方法鉴定了373S系(附加文件中的引物)的细胞质类型gydF4y2Ba6gydF4y2Ba:表S6) [gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

数据分析gydF4y2Ba

利用Excel 2010计算E1、E2、E3和E4 4个环境(1 ~ 32 DBF)最高、最低和平均气温与MFI的3 d平均值之间的Pearson相关系数。gydF4y2Ba

为了分析373S在Set1和Set2两个受控环境下的育性表达数据，我们采用完全随机设计和一般线性模型，使用SPSS 11 [gydF4y2Ba47gydF4y2Ba]。实验Set1以温度处理为固定因素，生物复制为随机因素，进行方差分析。试验Set2以温度和光周期处理为固定因素，生物复制为随机因素，进行方差分析。采用Duncan法比较各处理的平均值。gydF4y2Ba

本研究中分析的所有数据均包含在本文及其补充信息文件中。gydF4y2Ba

查:gydF4y2Ba

化学杂交剂gydF4y2Ba

栓20:gydF4y2Ba

Chuanyou 20gydF4y2Ba

CMS:gydF4y2Ba

细胞质雄性不育gydF4y2Ba

DBF:gydF4y2Ba

花前的一天gydF4y2Ba

EMS:gydF4y2Ba

生态雄性不育gydF4y2Ba

总经理:gydF4y2Ba

基因性雄性不育gydF4y2Ba

小额信贷机构:gydF4y2Ba

男性生育指数gydF4y2Ba

MMC:gydF4y2Ba

小孢子母细胞gydF4y2Ba

P /电报:gydF4y2Ba

光周期和/或温度/热敏性雄性不育gydF4y2Ba

铂族金属:gydF4y2Ba

光敏性雄性不育gydF4y2Ba

份:gydF4y2Ba

光周期和温度/热敏性雄性不育gydF4y2Ba

如果:gydF4y2Ba

Self-incompatibilitygydF4y2Ba

电报:gydF4y2Ba

温度/热敏基因雄性不育gydF4y2Ba

ZS9:gydF4y2Ba

中双9gydF4y2Ba

一个也没有。gydF4y2Ba

本研究得到陕西省重点研发项目(2018zdmm - ny -008)、陕西省现代作物种业项目(20171010000004)和西北农林科技大学唐中英育种基金的支持。资助者没有参与研究设计、数据收集、数据分析、数据解释、论文撰写或发表决定。gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

1. 西北农林科技大学农学院干旱地区作物胁迫生物学国家重点实验室，陕西杨凌712100gydF4y2Ba

   孙艳艳，张东锁，王真真，郭媛，孙晓敏，李伟，智文亮，胡生武gydF4y2Ba

2. 汉中市农业科学研究所，陕西汉中723000gydF4y2Ba

   小民的太阳gydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

SH构思设计研究;YS进行实验;YS和SH分析数据;YS和SH写了手稿;SH、YS、DZ、ZW、YG、XS、WL、WZ对稿件进行了讨论和编辑。所有的作者都阅读并批准了最终的手稿。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2BaShengwu胡gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

伦理批准并同意参与gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

发表同意书gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者宣称他们没有竞争利益。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

施普林格·自然对已出版的地图和机构关系中的管辖权要求保持中立。gydF4y2Ba

开放获取gydF4y2Ba本文遵循知识共享署名4.0国际许可协议(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/gydF4y2Ba)，它允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制，前提是您要适当地注明原作者和来源，提供到知识共享许可协议的链接，并注明是否进行了修改。创作共用公共领域免责声明(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/gydF4y2Ba)适用于本文中提供的数据，除非另有说明。gydF4y2Ba

转载及权限gydF4y2Ba