转录组芯片分析发现雄性不育小麦BNS的乙酰辅酶A代谢途径缺陷

Transcriptomic Microarray Analysis Revealed Acetyl-CoA Metabolic Pathway Defect in Male Sterile Line BNS in Wheat (Triticum aestivum)

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摘要BNS(Bai-nong sterility)是一个普通小麦(Triticum aestivum)的核型温敏雄性不育系,在杂交小麦研究中有重要价值.为揭示其不育生理机制,本研究采用Affymetrix小麦表达谱芯片检测BNS雄性不育和雄性可育四分体时期、单核期花药及对应穗轴的转录组,分析差异探针谱生成的代谢网络.结果发现,BNS可育花药上调表达探针基因生成的代谢网络中,形成乙酰辅酶A代谢子网络,完全不育花药中该代谢子网络缺陷,部分不育花药中缺少合成节点.乙酰辅酶A代谢子网络由乙酰辅酶A合成和代谢、酰基辅酶A合成和代谢、硫酯合成和代谢6个节点组成,连接的代谢途径有激素代谢、蜡质代谢、氨基酸代谢、ATP合成、线粒体电子传递等,继而连接柱头、花药和花粉发育.乙酰辅酶A是细胞能量代谢的枢纽性物质,该代谢途径缺陷直接影响ATP等能量载体生成,从而影响小孢子发育.分别检测BNS不育株和可育株的花药、旗叶组织中ATP含量,发现不育花药中ATP含量比可育花药下降10％左右(P<0.01),不育旗叶中ATP含量比可育旗叶下降达50％(P<0.01).上述结果证实不育系在小孢子发育关键时期出现ATP供应短缺,推测乙酰辅酶A代谢缺陷是BNS雄性不育的重要生理机制.本研究为揭示BNS的不育发生过程提供了重要线索,也为植物雄性不育能量供应短缺的形成提供了代谢依据.