陆地棉胞质雄性不育系与保持系线粒体基因组RFLP分析

【目的】研究棉花细胞质雄性不育（CMS）系与保持系线粒体基因组的差异,为克隆棉花CMS基因奠定基础。【方法】以atpA, atp6, atp9, ccmB, ccmC, ccmFN1, cob, coxI, coxII, coxIII, matR, nad1bc, nad2, nad4, nad5, nad6, nad7c, nad9, rpl5, rrn18等20个线粒体基因保守序列为探针,利用Southern blot方法对棉花细胞质雄性不育系、保持系线粒体基因组进行RFLP分析。【结果】发现atpA、atp9、ccmB、nad1bc、nad6、nad7c、rrn18等基因在棉花不育系和保持系间存在明显RFLP多态性,其中atpA的差异最明显。【结论】atpA是棉花CMS系和保持系线粒体基因组间的一个明显差异位点。CMS系比保持系缺失一个rrn18拷贝。     

coxⅢ基因转录本的编辑与V型小麦育性恢复的关系

RNA编辑现象普遍存在于高等植物线粒体中,RNA编辑的不充分或偏离与植物细胞质雄性不育具有相关性.以V型小麦的细胞质雄性不育恢复基因的近等基因系为材料,研究了不育系、保持系、恢复系和杂种F1coxⅢ基因转录本编辑位点的差异,发现coxⅢ基因转录本共有14个编辑位点,其中有12个引起了氨基酸种类的变化.通过对不育系、保持系、恢复系和杂种F1线粒体RNA编辑频率的比较,表明在引入恢复基因后,不育胞质中coxⅢ基因转录本的编辑频率明显提高,说明coxⅢ基因转录本的RNA编辑与细胞质雄性不育具有一定相关性.     

异常线粒体基因ORF25可能导致烟草雄性不育

克隆和测定烟草胞质雄性不育系MS革新3号及其保持系革新3号线粒体基因ORF25的序列.结果表明:保持系的ORF25基因序列能推导出完整的氨基酸序列,应该具有正常的生物学功能;而雄性不育系的ORb25基因序列与保持系有较大差异,共有11个位点发生了变化,特别是在89位点发生的碱基C→A的变化及336位点发生的碱基T→A的变化,使得雄性雄性不育系在这2个位点出现终止密码子(TAA和TCA),导致不育系的ORF25基因不能推导出完整的氨基酸序列,使该基因不能产生完整的蛋白质多肽.因此,烟草雄性不育系的ORF25基因不能发挥其在保持系中所发挥的作用,这是否与烟草的雄性不育性有关还有待于进一步深入研究.     

辣椒“三系”线粒体DNA的RAPD分析*

 对辣椒胞质雄性不育系、保持系及恢复系线粒体DNA进行了RAPD分析,共使用500条随机引物,其中有67个引物在“三系”之间都得到了扩增产物,19条引物扩增结果在“三系”之间表现出了遗传多样性。在不育系与保持系的线粒体DNA之间也发现了明显的差异,在辣椒胞质不育系中获得特异片段9条,这些差异片段与辣椒雄性不育的关系还需进一步研究。     

水稻线粒体基因atp6启动子突变导致的一种细胞质雄性不育型

内江杂交水稻科技开发中心从恢复系 "万恢88/内恢92-4" 杂交组合F2代不育株选育的细胞质不育系,被暂时定名为"万恢88型水稻细胞质雄性不育系".利用PAGE电泳、琼脂糖凝胶电泳和克隆测序等技术对其不育系和保持系线粒体基因组进行研究,分析其雄性不育的分子基础和分子机理.通过PAGE电泳发现,其不育系线粒体基因组PCR带型与野败型(WA)、印水型(ⅡA)、D型(Di)、冈型(GA)存在差异.对其不育系内香2A和保持系内香2B的差异片段回收测序,获得两条667 bp长度的mtDNA片段2A和2B,通过序列比对和电子杂交分析,获得片段为atp6基因的部分序列及其上游序列.2A和2B相比有3个碱基不同,分别是第57位G→T,第100位T→C,第161位C→T.功能分析第100 位T-C点突变使atp6基因启动子核心序列遭到破坏.通过对atp6基因上游序列的RT-PCR分析,发现不育系内香2A的atp6基因不能正常表达.故而推测万恢88型水稻细胞质雄性不育是由于不育系线粒体atp6基因核心启动子区域发生点突变,导致atp6基因不能正常转录,致使线粒体供能不足,最后导致花粉败育.     

棉花晋A细胞质雄性不育系及其保持系线粒体基因组文库的构建

【目的】构建棉花晋A细胞质雄性不育系及其保持系的线粒体BAC文库,为研究棉花线粒体基因组结构以及棉花细胞质雄性不育的形成机理提供基础。【方法】在借鉴其它作物的线粒体基因组BAC文库构建方法的基础上,对棉花线粒体DNA的提取及其BAC文库的构建进行探索和优化,构建了棉花晋A细胞质雄性不育系及其保持系的线粒体BAC文库,并采用同源克隆的方法克隆棉花线粒体的功能基因。【结果】构建的不育系和保持系的线粒体基因组文库分别包括2 600个克隆,插入DNA片段大小在10.3 kb和37.5 kb之间,平均分别为22.29 kb和21.36 kb。重组子的覆盖率分别达到棉花线粒体基因组的79倍和76倍。获得了3个棉花线粒体功能基因序列,通过比较,证明晋A不育系与其保持系的这3个基因序列无差异;以这3个基因为探针筛选文库,均获得阳性克隆。【结论】分别构建了棉花晋A细胞质雄性不育系及其保持系线粒体基因组的BAC文库。获得了晋A不育系与其保持系的orfB,coxⅠ和nad4L 3个基因的全序列,通过比较,证明晋A不育系与其保持系在orfB、coxⅠ和nad4L基因全序列上无差异。     

红菜薹温敏型胞质雄性不育相关基因的克隆与表达分析

根据GenBank中orf224和atp6基因的保守序列设计特异引物对红菜薹温敏型(Pol)胞质雄性不育系的基因组DNA进行特异扩增,获得了红菜薹Pol胞质雄性不育特异基因orf224p和atp6p的DNA序列,红菜薹orf224p和atp6p基因与已报道的orf224和atp6基因的同源性高达100%。运用半定量RT-PCR对atp6p基因在不同器官中的表达水平进行了分析。结果表明,不育系花期叶片中该基因的表达量比蕾(长度小于0.5mm)和雄蕊中的明显低,在后2个器官中的表达量无明显差异;而在保持系的上述3个器官中的表达量无明显差异。该结果显示,atp6p基因表达上调与孢原细胞分化受阻相关。     

辣椒胞质雄性不育系转育的关键技术

人工转育不育系是辣椒胞质雄性不育系选育的主要方法,为实现不育系、保持系、恢复系的三系同型,以期选育出更多优良的辣椒三系杂交品种,在测交后代群体育性分离的前提下,研究总结出了转育辣椒核质互作雄性不育系、同型保持系和同型恢复系的方法,该方法不仅能转育辣椒雄性不育系,而且可选育出同型恢复系,大大扩展了其他同源不育系恢复父本的...     

K型小麦雄性不育系及其保持系花药小孢子不同发育期ATP酶活性变化

近年来,越来越多的研究表明,线粒体DNA与雄性不育密切相关。线粒体基因atpA,atp6,atp9在小麦雄性不育系与保持系之间存在不同程度的组织结构差异,且它们的RNA编码异常〔1,4〕。atpA、atp6和atp9是线粒体基因参与ATP酶合成的3个功能性基因,ATP酶是生物能量代谢过程中具重要生理功能的一种酶。但迄今为止还未见到有关该酶在不育花药中超微细胞化学定位的报道。本研究选用了K型雄性不育系和其保持系为材料,利用电镜细胞化学标记技术,对其小孢子发育的各个时期,花药组织中的ATP酶活性变化进行定位分析,从翻译产物水平上探讨线粒体3种基…     

烟草不育系与保持系线粒体DNA的重测序研究

基于重测序技术,对两对不育系和对应的保持系材料的线粒体DNA进行重测序,统计并分析了不育系与保持系线粒体DNA编码区序列的突变位点,探讨了这些突变位点与烟草胞质不育的关系。对重测序结果比对分析可知:不育系和保持系在orf106b上具有一致的1个In Del位点,在orf138a、orf121b、orf129b和orf110b上具有一致的SNP位点,这些突变位点没有造成不育系与保持系编码区序列的差异,推测这些突变位点可能与CMS无关;不育系MSK326和MSK394在orf112a和orf103c上有相同的In Del位点;MSK326和MSK394在65个基因片段或开放阅读框上有一致SNP位点,且这些突变没有出现在保持系线粒体编码区。这些基因片段或开放阅读框上的In Del和SNP突变都导致了基因或开放阅读框编码序列的改变,并且造成了氨基酸的突变,推测可能与烟草CMS密切的相关。其中atp1、atp4、atp6、coxl、cox3、atp9、orf25、nad6、nad7、orf108、orf239、orf129、sdh4等基因或开放阅读框上的突变位点与报道研究一致,均被报道与烟草CMS存在密切的联系。本研究所挖掘的这些大量基因片段上的In Del和SNP位点,不仅有助于烟草CMS机理的进一步研究,也为烟草不育系育种研究提供有力的遗传工具。     

金花薹萝卜雄性不育细胞质主要品质性状的胞质效应研究

[目的]研究萝卜雄性不育系细胞质的胞质效应。[方法]将不育系与恢复系配制成A系杂种,保持系与恢复系配制为B系杂种,测定其主要品质性状,根据它们之间的差异,确定其不育胞质效应。[结果]不育细胞质与可育细胞质在辣味素性状上存在着极显著的差异,细胞质效应来源于细胞质和核质间互作。金花薹不育细胞质除了纤维素和辣味素性状外,其余品质性状均表现为负效应,其中Vc表现为较强的负效应。不育细胞质的不利效应可以通过不育细胞质与恢复系之间的互作效应来降低。[结论]该研究为萝卜细胞质雄性不育系的正确评价和合理利用提供了一定的理论依据。     

棉花细胞质雄性不育与育性恢复的研究与利用

对棉花细胞质雄性不育与育性恢复的研究现状进行了较为全面的综述。介绍了棉花细胞质雄性不育系、恢复系及“三系”杂种棉的选育进展,不育系花药的细胞学及其生理生化特征,细胞质雄性不育产生的分子机理,不育胞质对杂种一代的遗传效应。详细阐明了细胞质雄性不育恢复系的类型,育性恢复的遗传方式,育性恢复基因与育性增强基因之间的关系以及恢复基因的遗传定位。文中对“三系”杂种棉选育进展缓慢的原因进行了剖析,并从利用新的胞质不育类型选育优良不育系,聚合多个恢复基因和育性增强基因选育强恢复系,优化以蜜蜂为媒介的传粉体系等方面,探讨了“三系”杂种棉的发展对策。     

中国三系杂交粳稻种质资源的评价

综合整理了中国三系杂交粳稻种质资源的基本情况,分别从不育系、保持系、恢复系及杂交粳稻品种(组合)的收集保存、类型、系谱、基本特征特性、抗逆性、品质等方面进行分析评价。此外,还对近年审定的部分三系杂交粳稻品种(组合)进行分析评价,为进一步研究和利用中国杂交粳稻提供整合的研究信息。     

红麻雄性不育细胞质相关的cSNP位点发掘

在前期已获得红麻atp9基因编码区的基础上,以红麻细胞质雄性不育系P3A、保持系和F1代为材料,随机选取不同材料的3个atp9独立gDNA克隆子进行测序和序列比对。结果显示:具有不育细胞质的不育系和F1代与具有可育细胞质的保持系在第290位点处存在碱基差异,具有不育细胞质的材料均为碱基T,而具有可育细胞质的材料在相应位点为碱基A;atp9基因第290位点处T/A碱基转换的cSNP位点经已知细胞质的红麻种质资源的进一步检测,同时结合这些资源的田间育性进行分析发现,红麻种质资源UG93-2MS-1、UG93-2MS-2、UG93-2MS-3、UG93-2-22、KN250、KN142、ZB90在第290位点处为碱基T,能扩增出319bp条带,在田间对应的育性除品种UG93-2-22为可育外,其余均为不育或半不育;而福红992在第290位点处为碱基A,未能扩增出319bp条带,在田间对应的育性为可育。因此,位于atp9基因的第290位点处的T/A碱基转换的cSNP位点与红麻不育细胞质相关或连锁,为红麻不育细胞质鉴定提供了新的检测手段。     

棉花细胞质雄性不育的研究与利用

棉花具有十分明显的杂种优势。杂交棉通常比常规棉增产15%左右,而且在纤维品质、抗病、抗虫、抗逆境和光合效率等性状上也有明显改良。在棉花杂种优势的利用中,最重要的环节之一是杂交种子的生产（制种）。目前,杂交棉制种常有四条途径,人工去雄授粉法制种、化学杀雄法制种、利用核雄性不育的“两系法”制种和利用细胞质雄性不育的“三系法”制种。生产实践表明,利用棉花雄性不育既可简化制种又可节省成本,特别是利用棉花细胞质雄性不育系、保持系和恢复系的“三系法”制种,可较有效克服其他制种方法的一些缺点,是最有效的途径。为此,文章在阐述棉花杂种优势利用途径的基础上,重点综述棉花细胞质雄性不育的遗传学、细胞学和生理生化的特点;深入阐述不育细胞质对杂种F₁的正/负效应,并就如何培育强恢复系的问题,以培育转GST的强恢复系为例,探讨克服不育细胞质对杂种F₁负效应的可能机制;根据棉花为常异花授粉作物和花器具有虫媒花特征的特点,详细介绍三系杂交棉制种的亲本（不育系和恢复系）选配、地点选择和环境优化等条件,以及如何综合优化这些条件提高制种产量的关键技术。利用棉花细胞质雄性不育的“三系法”制种,与其他作物比较,在杂种优势利用中具有4个突出的优点：（1）不育系为无花粉不育类型,育性不受气候等环境的影响,可保证杂种的纯度;（2）棉花开花期长达3个月,不存在制种时花期不遇的现象,制种产量有保证;（3）棉花生态适应性广,育成的组合可在各地种植,种子产业化效益明显;（4）可利用种间（海岛棉与陆地棉间）杂种优势。可以预言,基于细胞质雄性不育的三系杂交棉是大有前途的,将是棉花杂种优势利用的主要途径。最后,就本领域的发展趋势,特别是在利用现代生物技术培育新的不育系和恢复系方面进行了初步探讨。     

Overview of the Study and Application of Cytoplasmic Male Sterility in Cotton

Cotton has significant heterosis. Hybrid cotton usually can increase production in lint yield by about 15% compared with conventional self-pollinated cultivars, and also can get obvious improvement in fiber quality, disease resistance, insect resistance, adversity resistance and photosynthetic efficiency. Among some links of cotton heterosis use, the most important link is the castration in the production of hybrid seeds. At present, there are four ways for the castration, such as hand emasculation, chemical male gametocide, nuclear male sterility and cytoplasmic male sterility (CMS). The production practice showed that use of cotton male sterility could not only simplify the hybrid seed production but also save the production cost on a commercial economic scale. In particular, the way of hybrid seed production by use of cotton CMS line, maintainer line and restorer line were the most effective way since it could overcome some disadvantages in the other ways. Therefore, in this paper, the study and application of the cotton CMS system in hybrid seed production were overviewed and some of problems currently limiting application were also addressed. At first, the genetic, cytological and biochemical characteristics of the cotton CMS were reviewed. Secondly, the positive/negative effects of sterile cytoplasm in hybrid F₁ were analyzed, and how to overcome these negative effects, such as pollen temperature sensitive and F₁ not expressing complete fertility, by developing strong restorer lines with a stronger ability for F₁ fertility restoration, was discussed in detail. For an example, transgenic strong restorer line could be developed by introducing the exogenous GST gene, which was assumed to have the function of enhancing pollen vitality, into some conventional restorer lines, and so that hybrids with higher heterosis could be produced by crossing this strong restorer with sterile lines. According to the characteristics of cotton as an often cross-pollination crop, this paper recommended in detail the key techniques of hybrid cotton seed production, such as rules of parent (sterile line and restorer line) selection, location selection and environment optimization for enriching native pollinators to produce more hybrid seeds. Then, the paper pointed out that compared with other crops, cotton hybrid seed production based on CMS system has four advantages in the cotton heterosis use: (1) The purity of hybrid seeds can be guaranteed because there is no pollen in anthers of cotton CMS line and its sterility is very stable and not affected by the climate and other environments; (2) The high yield of hybrid seed can be obtained since the long flowering period (about 3 months) of cotton does not result in the flowering asynchronism between sterile line and restorer line; (3) The wide ecological adaptability of cotton and the possibility of large-scale hybrid seed production will be benefited to popularize hybrid cotton; and (4) Interspecific heterosis between upland cotton (Gossypium hirsutum L.) and sea-island cotton (G. barbadense L.) can be used. It is predicted that the hybrid cotton production based on CMS system will be the main approach to utilize heterosis of cotton. Finally, the future works in study and application of CMS in cotton heterosis, especially in development of new sterile lines and restorer lines by use of modern biotechnology, was also discussed.     

不育系花器含糖量对三系杂交棉制种产量的影响

以棉花细胞质雄性不育系、保持系、恢复系及杂种F1的花瓣、花药、柱头、蜜腺、苞叶和叶片为材料,测定和比较了各材料的总糖、蔗糖和果糖含量,观察和分析了三系杂交棉制种田中蜜蜂造访的数量与制种产量性状的相关性.结果表明:不育系花瓣、苞叶、蜜腺的可溶性总糖和蔗糖含量比可育的恢复系、保持系和F1高,并达到显著或极显著水平,而果糖含量的差异不明显.其中,不育系花器的蔗糖含量是影响蜜蜂造访制种田蜂群量和不育系结铃率的关键因素;选育花器含糖量高的不育系,有利于提高制种田中的蜜蜂数量,增加不育系的结铃率,以及降低其不孕子率,提高制种产量.     

新杂棉2号胞质不育系母本1038A的选育

[目的]培育新的哈克尼西胞质不育系,实现棉花三系配套。[方法]采用回交转育的方法,进行棉花胞质雄性不育系的培育。[结果]利用农一师哈克尼西胞质不育系作为母本,农七师稳定的高代优质棉品系1038作保持系,进行连续6年12代的转育,选育成新的高品质胞质不育系1038A。不育系1038A具备胞质不育系的特点:100%的不育,与哈克尼西胞质不育系相比,具有大铃、优质、抗病的特点。利用海岛棉恢复系97!1R和1304R均可使其F1代恢复育性。[结论]用不育系1038A与海岛棉恢复系1304R配置的杂交组合科杂7号表现为大铃、高衣分、早熟、丰产、优质、抗病的特点,2006年被新疆自治区品种委员会审定并命名为新杂棉2号。     

Pi9基因标记辅助选择改良水稻不育系金23A稻瘟病抗性

以携带广谱持久的抗稻瘟病基因Pi9的籼稻品系75–1–127为供体亲本，以保持系金23B及其不育系金23A为受体亲本，采用Pi9基因共显性标记CoInDF1R2进行MAS回交育种，以改良三系不育系金23A及其保持系金23B的稻瘟病抗性；用25份稻瘟菌代表性菌株进行室内苗瘟接种，观察苗瘟抗性表现。结果显示：金23A和金23B的抗性频率仅为28%，而75–1–127的抗性频率为92%；田间病圃抗性鉴定结果显示，75–1–127高抗苗瘟，而金23A和金23B受体亲本均高感苗瘟；共显性标记CoInDF1R2在75–1–127 基因组上扩增出大小为354 bp的PCR产物，对金 23A或金23B基因组的扩增产物大小约470 bp，说明该标记在2个亲本间的多态性明显且稳定；利用CoInDF1R2开展连续多年MAS回交育种实践，培育出了农艺性状优良、丰产性较好的抗病不育系金23A–Pi9–1及抗病保持系金23B–Pi9–1，为三系法杂种优势利用提供了新的抗稻瘟病亲本材料。