中国砂梨7个自交不亲和新基因的分离与测序

S-RNase是配子体自交不亲和植物雌蕊的基因产物，它降解具有相同基因型的花粉mRNA或rRNA．导致植物的自交不亲和．借鉴日本梨S—RNase基因的分析方法．对中国砂梨5个品种的基因组DNA进行PCR—RFLP系统检测和DNA序列分析，从中发现了7个新的S—RNase等位基因，分别命名为S11-RNase、S12-RNase、S13-RNase、S14-RNase、S-15RNase、S16-RNase和S25-RNase基因，其部分序列已登录到GenBank．     

梨自交不亲和性研究的技术进展

综述运用杂交授粉试验、蛋白质产物分析、PCR-RFLP技术、DNA序列分析和cDNA克隆等技术确定梨品种自交不亲和基因型研究的技术进展，分析了这些技术在确定梨品种自交不亲和基因型确定方面的优点和不足之处，总结了运用这些技术研究梨自交不亲和性的成果，从基因型的确定和自交不亲和基因的应用角度提出了研究的前景。     

自交亲和与自交不亲和日本梨中S4基因的研究进展

综述了近20年日本梨中与自交亲和和自交不亲和有关的S4基因的研究进展。这些结果包括:“二十世纪”(基因型为S2S4)为自交不亲和品种,其突变品种“奥嗄二十世纪”(基因型为S2S4SM,SM=stylarpartmutant;花柱部分突变)为自交亲和型。“奥嗄二十世纪”自交亲和的原因有三点:(1)S4SM基因被删除或者是低水平表达。(2)S4SM基因仅在柱头表达。(3)S4SM基因表达较迟。这主要是由于“二十世纪”S基因座上的S4等位基因发生了高度突变成为S4SM基因或者S4等位基因被删除,导致其基因产物花柱中的S4-RNase受到高度抑制或缺乏的缘故。S4基因由997bp组成,其中85~768bp为684bp的阅读框,925~931bp和943~950bp为多聚腺苷酸信号。S4基因的表达产物为S4蛋白,S4蛋白由228个氨基酸残基组成,其中N端的27个氨基酸残基为信号肽,成熟的S4蛋白由201个氨基酸残基组成。S4蛋白的生理功能是抑制花粉的萌发和花粉管的伸长。     

梨S基因与S基因型鉴定的研究进展

梨是由单一位点S等位基因控制的典型配子体自交不亲和性果树,其自交授粉结实率低,品质差,需配置授粉品种。因此,对梨品种S基因及品种授粉树合理配置进行深入研究具有重要意义。有鉴于此,详细介绍了梨S等位基因的研究现状,并对迄今国内外鉴定出的500多个梨品种的S基因型进行汇总,对应用较为广泛的PCR-RFLP技术和S基因DNA序列分析法以及梨S基因芯片杂交技术进行系统介绍。     

中国白梨S基因研究——Ⅱ9个主栽品种S基因型的确定及S29-RNase新基因的分离鉴定

以中国白梨9个品种为实验材料．在分子水平上对其基因组DNA进行了PCR—RFLP系统检测、DNA序列测定及生物信息学分析．鉴定了6个品种的S基因型和3个品种的一个S等位基因．并从天生伏和蜜梨中分离鉴定了一个新的S等位基因,命名为梨Szg-RNase基因．该基因与S13的DNA序列最接近，推导氨基酸序列与S13仅有2个氨基酸序列的差异．     

中国白梨S基因研究——I 7个品种S基因型的确定和2个新S基因的鉴定

梨S基因型的确定对授粉品种的选择具有指导作用．采用PCR—RFLP检测、DNA序列分析和田间杂交试验，鉴定了两个新S-RNase基因．分别为S17-RNase和S21-RNase．同时确定了7个白梨品种的S基因型．S17-RNase和S22—RNase基因的内含子大小分别为142bp和139bp．HV区长度分别为16个和15个氨基酸．信号肽-P2的推导氨基酸长度分别为99个和98个氨基酸．信号肽大小均为27个氨基酸．C1大小均为11个氨基酸，C2大小均为12个氨基酸．白梨品种海棠酥、六瓣、恩梨、鸭梨、大核白、香椿、青梨等品种的S基因型分别为S1S12S19、S17S19、S1S19、S1S21、S16S19、S3S19、S19S19．该研究可为梨遗传改良和丰产栽培提供重要的理论依据．     

自花结实鸭梨品种自交亲和分子机理研究

对鸭梨及其自花结实变异品种-金坠梨和魏县阎庄自花结实鸭梨的S基因进行了研究。通过对3个品种基因组DNA进行S基因特异性PCR扩增,扩增产物经2%琼脂糖凝胶电泳检测发现,在370 bp左右均扩增出了1条带,但不能区分2个S等位基因;经8%聚丙烯酰胺凝胶电泳检测发现,鸭梨和金坠梨在370 bp左右有2条带,而魏县阎庄自花结实鸭梨只有1条带,表明魏县阎庄自花结实鸭梨系鸭梨的1个S基因发生了变异,从而导致自交亲和;进一步研究表明,魏县阎庄自花结实鸭梨S1基因正常,系S21基因发生了变异,导致自交亲和;金坠梨和鸭梨谱带无差别,自交亲和机理可能是调控S基因表达的修饰基因发生了变异,导致自交亲和。     

16个枸杞品种(系)S-RNase基因型鉴定及序列分析

【目的】以16个枸杞品种(系)为试材,进行S-RNase基因型鉴定。【方法】利用茄科S基因高度保守区序列设计兼并引物,进行PCR扩增,片段回收、克隆及同源性检索和序列分析,同时,通过田间授粉测定自交亲和指数进行验证。【结果】11个品种(系)为自交不亲和材料,5个为自交亲和材料。共克隆9个S-RNase等位基因,分别为S-BARB2、S-BARB3、S-BARB6、S-BARB8、SBARB9、S-CHIN3、S-CHIN6,并发现2个新的S等位基因,分别命名为S-BARB6n,S-PUMI5un。所克隆获得的9个枸杞S-RNase等位基因均包含了C2、C3、C4保守区,和2个高变异区(Hva和HVb)。【结论】枸杞属植物存在S-RNase等位基因,其基因序列与茄科植物具有一定相似性,枸杞S-RNase基因是控制枸杞自交不亲和性的关键基因。     

金珠果梨S基因型的确定

大多数梨属于配子体自交不亲和果树,自然授粉结实率低、品质差。通过确定梨品种S基因型可寻找简便快速克服自交不亲和性的方法。金珠果梨是从野生砂梨中选育出来的新种质。以金珠果梨幼叶为试验材料,对其基因组DNA进行S基因特异扩增、克隆、DNA序列测定及生物信息学分析等,结果表明：金珠果梨S基因型为S₃S₁₉。     

基于S基因型的梨树授粉品种自动配置系统

梨是典型的配子体自交不亲和果树,自交授粉结实率低,生产中须合理配置授粉品种才能获得理想产量。通过鉴定梨品种的S基因型可为梨园合理配置授粉品种提供依据;因此,笔者收集、整理现有已鉴定的梨品种S基因型,建立基于S基因型的梨树授粉品种自动配置系统。该系统的主要功能包括后台数据维护管理,以及基于S基因型、花期、地区适栽性等因素为用户提供查询、对比梨树品种授粉亲和性的功能,并推荐适宜的授粉品种。该系统包括计算机端网页查询系统,并创新建立移动设备端入口,应用便捷,对生产实践具有重要意义。     

6个梨属砧木的S基因型鉴定

利用梨的自交不亲和基因(S - RNase)特异引物“FTQQYQ”和“anti - IIWPNV”,对6个梨砧木品种(山梨、S2、S5、S7、PDR54、极矮化种质)的基因组DNA进行S基因特异扩增,并对扩增片段进行回收、克隆、测序,使用生物信息学软件对各序列进行分析和同源性搜索比对,最终确定各品种的S基因型.鉴定结果:山梨为S12 Sx,S2为S1S17,S5为S17S31,S7为S1S17,PDR54为S4S8S17,极矮化种质为S1S17.     

大果黄花梨自交亲和性变异机制研究

梨品种大果黄花由黄花芽变而来.田间授粉试验表明,黄花梨自花授粉结实率仅为1.5%,属于梨自交不亲和性品种;而大果黄花自花授粉的结实率高达60.0%,属于自交亲和性品种;相互授粉时,黄花×大果黄花组合的坐果率达70.0%,为杂交亲和,但反交时坐果率为1.0%,表现为杂交不亲和.荧光显微镜观察这些组合授粉后花柱内花粉管生长情况,也得到相同的结果.这些结果表明,两品种雌蕊的自交不亲和性性状正常.进一步鉴定出了黄花和大果黄花是基于S-RNase基因的S-基因型,发现两者均含有S1-RNase和S2-RNase基因;而且两品种的这1对雌蕊S-RNase基因均特异性地在花柱中表达,表达量没有明显差异,表明大果黄花和黄花的雌蕊S-RNase基因并无差异.由此推断:大果黄花的自交亲和性突变,是由于花粉自交不亲和性功能丧失,从而表现出自花授粉能够结实.     

大果黄花梨自交亲和性变异机制研究

梨品种大果黄花由黄花芽变而来.田间授粉试验表明,黄花梨自花授粉结实率仅为1.5%,属于梨自交不亲和性品种;而大果黄花自花授粉的结实率高达60.0%,属于自交亲和性品种;相互授粉时,黄花×大果黄花组合的坐果率达70.0%,为杂交亲和,但反交时坐果率为1.0%,表现为杂交不亲和.荧光显微镜观察这些组合授粉后花柱内花粉管生长情况,也得到相同的结果.这些结果表明,两品种雌蕊的自交不亲和性性状正常.进一步鉴定出了黄花和大果黄花是基于S-RNase基因的S-基因型,发现两者均含有S1-RNase和S2-RNase基因;而且两品种的这1对雌蕊S-RNase基因均特异性地在花柱中表达,表达量没有明显差异,表明大果黄花和黄花的雌蕊S-RNase基因并无差异.由此推断:大果黄花的自交亲和性突变,是由于花粉自交不亲和性功能丧失,从而表现出自花授粉能够结实.     

11个中国杏品种S-RNase基因的检测与序列分析

以11个未知基因型的中国杏品种为试材,根据李属植物S-RNase基因保守区设计2对引物组合检测各品种S-RNase基因,共获得22条等位扩增片段,电泳检测表明所有品种的扩增条带集中在300~1100bp的范围内,且表现出一定的长度多态性。序列分析进一步确定22个S-RNase基因为10个不同的等位基因,其中6个为首次发现,根据Gen-Bank中已登陆的杏S-RNase基因的顺序,分别命名为S19、S20、S23、S24、S25、S26,序列登陆号为:EF185300、EF185301、EU037262、EU037263、EU037264、EU037265。推导氨基酸序列的同源分析表明,杏的S-RNase与李属植物的S-RNase表现较高的同源性,为59.3%~100%;与苹果和梨的S-RNase同源性较低,为19.6%~31.6%。试验确定11个中国杏品种资源的自交不亲和基因型分别为:‘大果杏’S19/S20,‘张公园’S24/S25,‘二红’S9/S11,‘黄口外’S11/S26,‘植丸子’S11/S17,‘宇宙红’、‘大丰’S17/S23,‘超仁’、‘虹桥’S8/S11,‘冀光’、‘中华大杏梅’S8/S9;部分品种的田间杂交授粉座果与花粉管荧光显微镜观察证实了所鉴定基因型的可靠性。     

苹果自交不亲和基因型(S基因)研究进展

 苹果是蔷薇科一个典型的配子体自交不亲和果树树种。本文详细介绍了苹果S等位基因研究现状,系统介绍了基于PCR技术的苹果S 基因型鉴定的理论基础和主要方法,列出了迄今国内外应用这些方法鉴定出的500多个苹果品种的S 基因型。本文对于苹果品种授粉树的合理配置和杂交育种亲和性亲本选择具有重要的指导意义。     

5个中国砂梨品种S基因型的确定

果树雌蕊自交不亲和基因（S基因）产物能降解具有相同S基因型的花粉管核糖核酸，导致自然授粉结实率低，果实品质差。确定不同梨品种S基因型，为配置授粉树和杂交育种提供重要科学依据，并为遗传改良梨品种奠定基础。实验以5个砂梨Pyrus pyrifolia品种基因组脱氧核糖核酸为实验材料，根据S基因一级结构特征，设计合成特异引物，采用PCR-RFLP系统检测和TA克隆测序等方法，分离鉴定了这些品种扩增片段大小差异很小的2条5基因，确定了它们的S基因型，分别为晶玉Pyrus pyrifolia‘Jingyu’S4S24，金水2号P．pyrifolia‘Jinshui No．2’S3S21，新雅P．pyrifolia‘Xinya’S4S24，西子绿P．pyrifolia‘Xizilv’S4S13，青魁P．pyrifolia‘Qingkui’S1S13，并且对各品种测序结果进行了初步的生物信息学分析。图4表1参27     

‘翠冠’梨2个后代品种S基因型鉴定及杂交亲和性强度观察

以‘西子绿’ב翠冠’梨组合的2个F1代品种‘初夏绿’与‘翠玉’为材料,利用S基因PCR-RFLP(聚合酶链反应-限制性片段长度多态性)检测技术与PCR产物转质粒测序技术鉴定其基因型,并综合应用花粉原位萌发动态的荧光显微观察与田间授粉试验研究其杂交亲和性强度。结果表明:‘初夏绿’与‘翠玉’的S基因型皆为S3S4;‘初夏绿’和‘翠玉’的自交不亲和强度中等,二者相互间授粉不完全亲和,而与‘翠冠’间的相互授粉均表现为完全亲和。     

果树开花授粉生物学研究进展

概述了果树开花期、花期低温伤害、花期调控、花器官退化以及自交不亲和性等方面的研究进展。一系列与日本梨自交不亲和有关的花柱蛋白质被分离和鉴定,利用GOT同工酶标记,已鉴定了多个苹果品种的S基因型。根据目前的研究结果,提出了果树自交不亲和性分子生物学今后的研究方向。     

蔷薇科果树自交不亲和性分子机制研究进展

植物自交不亲和性是植物花粉—雌蕊相互识别,防止其近亲繁殖的重要机制,是植物发育生物学的研究热点之一。蔷薇科果树如梨、苹果、李子等表现出自交不亲和性,该反应由S位点(S-locus)的一对S等位基因,即雌蕊和花粉的S基因控制,分别为S-RNase和S-locus F-box/S-haplotype-specific F-box基因。本文综述了蔷薇科果树雌蕊和花粉S基因的鉴定及其结构和进化的特性、自交亲和性突变机制及自交不亲和性反应发生过程中花粉生理生化变化及其信号转导机制等,以期为深入系统研究蔷薇科果树自交不亲和及亲和性机制提供参考。     

芸芥自交不亲和系S等位基因分析

[目的]在利用芸芥自交不亲和系途径开展育种研究的过程中,为了避免在人工试配组合时遇到双亲蕾期杂交结籽率较好,但在自然隔离条件下配制杂交种时出现双亲花期交配不亲和现象的发生。[方法]对11份不同芸芥材料进行了系内株间和系间的完全双列杂交研究。[结果]7-5-1-1、7-5-1-2、芸芥SI-1、和田芸芥I、87-86I、定西芸芥I、渭芸-7I、87-85I、9421I这9份材料系内株间异交和自交的亲和指数均小于1,表现为不亲和,说明它们为S等位基因纯合、自交不亲和性稳定的自交不亲和系,这9份材料中存在6种S等位基因型;06武芸3和马厂芸芥I这2份材料的自交不亲和性尚未稳定。[结论]在利用自交不亲和系途径培育一代杂种时,在农艺学性状和自交不亲和性基本稳定时,有必要进一步测定自交不亲和系S等位基因的纯合性和基因型,这一工作可以有效地指导育种实践。