胡萝卜瓣化型细胞质雄性不育atp6基因的分离和功能分析(2)
细胞质雄性不育这种现象在高等植物中普遍存在，它的表达现象是小孢子的发育相对异常、不能产出花粉或者花粉败育，不过卵细胞能够发育正常、能够接受其他花粉并正常长出果实，是杂种优势利用中应用最广泛的一种类型[3] [8]。它遗传的方式不受孟德尔法则控制而呈母系遗传[9]。CMS 主要是由细胞质中的遗传物质控制的，但众所周知，细胞核控制着细胞质中的绝大部分的生理生化反应，因此，细胞质雄性不育一般指的是：植物的细胞核及其细胞质它们共同作用的结果。科研工作者相继在植物亚麻、玉米和小麦等作物中也发现了细胞质雄性不育的存在，到现在为止，细胞质雄性不育已在150种植物中报道[10]。细胞质雄性不育不但在利用植物杂种优势这一领域有着不可替代的作用，并且在遗传学实验研究领域充当着优质的实验材料。
虽然植物的雄性不育对它自身来讲不是一个有利性状，但是在实验研究当中，它却是杂种优势利用的一个理想遗传特性[11]。研究关于植物细胞质雄性不育的相关机理，一直是国内外生物学科学研究的热点项目，并获得了重大突破。科研结果显示：植物的线粒体与其细胞质雄性不育之间有着非常紧密的关联。由于线粒体是能量代谢的主要细胞器之一，线粒体的结构和它的数量有很大概率和CMS有关[11]。因为存在许多重复的基因序列在植物线粒体基因组内，所以当某些功能基因位于重复的基因序列边缘时，就可能在发生在重组的过程中受到影响，并导致基因结构的变化和功能改变,这些基因结构和功能的改变会导致CMS的发生[12]。另外，同细胞核基因的表达一样，线粒体基因的表达调控也是一个及其复杂的过程，一方面当线粒体基因组DNA发生过度重排后，基因的转录就会产生多个转录起始位点和终止位点，因此一个基因可能会产生多个RNA分子，或者多个基因共转录形成单个的多顺反子[13]。另一方面，线粒体基因组中存在内含子，初级转录物在成熟过程中会发生剪接和RNA编辑等加工方式，这些都有可能导致CMS的发生[14]。
到目前为止，科研人员对于CMS相关基因的了解程度比较有限，对其他细胞质雄性不育特异性序列的起源更是知之甚少[15]。
目前国内国外对胡萝卜atp6基因与胡萝卜瓣化型CMS的科学探究比较少，不过进行过类似基因例如atp9基因的实验研究[16]。为了分离然后克隆出胡萝卜线粒体中CMS有关的基因片段，科研工作者用胡萝卜atp9基因序列来设计引物 ,然后用半定量技术探究了atp9基因在胡萝卜不育系与其保持系中的基因表达状况[16]。结果表明:atp9基因相比于胡萝卜保持系，它在不育系之中出现了少数碱基的缺失和置换；通过基因表达的量化分析不难得出：胡萝卜不育系atp9基因在胡萝卜花蕾期发育时期的前3个时间段，它基因的表达程度相对偏低,与此同时，它在在大花蕾期明显比保持系要高,不过在盛花时期却低于保持系的表达量 [16]。由此推理可得，胡萝卜atp9基因的结构变异与异常表达和胡萝卜CMS联系紧密[16]。
关于胡萝卜atp6基因，国内做过对其的CAPS标记[17]。实验材料是核质互作的瓣化型胡萝卜雄性不育系H05A以及胡萝卜保持系H05B，依照atp6的基因序列和设计的特异性引物通过PCR技术对其展开扩增,扩增获得了1条约500bp的特异扩增片段。用限制酶BglII酶切该基因片段,发现不育系中出现了一条胡萝卜保持系当中不存在的特异性基因片段。atp6基因的CAPS标记由此建立,CMS分子标记并辅助育种就可以应用该分子标记 [18]。
本研究通过对不同胡萝卜瓣化型细胞质雄性不育 atp6基因进行鉴定和分类，然后确定细胞质不育的类型；利用已完成的胡萝卜瓣化型细胞质雄性不育系与保持系胡萝卜线粒体基因组测序的结果，对胡萝卜atp6基因进行克隆和功能验证，探讨胡萝卜瓣化型细胞质雄性不育产生的原因和不育机理。