Generation of self-incompatible Arabidopsis thaliana by transfer of two S locus genes from A. lyrata

Transitions from cross-fertilizing to self-fertilizing mating systems have occurred frequently in natural and domesticated plant populations, but the underlying genetic causes are unknown. We show that gene transfer of the stigma receptor kinase SRK and its pollen-borne ligand SCR from one S-locus haplotype of the self-incompatible and cross-fertilizing Arabidopsis lyrata is sufficient to impart self-incompatibility phenotype in self-fertile Arabidopsis thaliana, which lacks functional orthologs of these genes. This successful complementation demonstrates that the signaling cascade leading to inhibition of self-related pollen was maintained in A. thaliana. Analysis of self-incompatibility will be facilitated by the tools available in this species.     

The evolution of selfing in Arabidopsis thaliana

Unlike most of its close relatives, Arabidopsis thaliana is capable of self-pollination. In other members of the mustard family, outcrossing is ensured by the complex self-incompatibility (S) locus,which harbors multiple diverged specificity haplotypes that effectively prevent selfing. We investigated the role of the S locus in the evolution of and transition to selfing in A. thaliana. We found that the S locus of A. thaliana harbored considerable diversity, which is an apparent remnant of polymorphism in the outcrossing ancestor. Thus, the fixation of a single inactivated S-locus allele cannot have been a key step in the transition to selfing. An analysis of the genome-wide pattern of linkage disequilibrium suggests that selfing most likely evolved roughly a million years ago or more.     

黑穗醋栗亲和性研究

１）人工授粉实验表明，去雄自花授粉处理，野生种兴安茶子的座果率为零，栽培品种的座果率在３０％～５０％之间。实验材料自花授粉座果率低于自然授粉和异花授粉。２）荧光法表明，兴安茶子不去雄套袋处理，在柱头上产生一黄色荧光，花粉不萌发。去雄套袋自花授粉处理，花粉萌发，但花粉管没能进入子房，中途停止生长，栽培品种花粉在柱头上都能萌发，进入子房。３）各材料之间，过氧化物同工酶酶谱有很大的共同部分，彼此之间也存在着差异。兴安茶子花柱柱头部分在Ｃ〔５５．２（３４．１）〕有一明显区别于其它栽培品种的一条特殊谱带。     

The male determinant of self-incompatibility in Brassica

In the S locus-controlled self-incompatibility system of Brassica, recognition of self-related pollen at the surface of stigma epidermal cells leads to inhibition of pollen tube development. The female (stigmatic) determinant of this recognition reaction is a polymorphic transmembrane receptor protein kinase encoded at the S locus. Another highly polymorphic, anther-expressed gene, SCR, also encoded at the S locus, fulfills the requirements for the hypothesized pollen determinant. Loss-of-function and gain-of-function studies prove that the SCR gene product is necessary and sufficient for determining pollen self-incompatibility specificity, possibly by acting as a ligand for the stigmatic receptor.     

菘蓝生殖方式的初步研究

对十字花科菘蓝属植物菘蓝的生殖方式进行观察,观察结果表明:(1)菘蓝花两性,四强雄蕊,花粉较多,主要靠昆虫传粉;(2)P/O(花粉/胚珠)值为9 426~28 280,属于异交繁育系统,其传粉过程观察、自异交试验及花粉在柱头上萌发的显微观察结果也证明菘蓝主要以异花传粉的方式进行交配;(3)菘蓝花期自交结实率只有7.8%,具有较强自交不亲和性,自交不亲和的作用部位是柱头表面,属于孢子体自交不亲和型。     

Allele-specific receptor-ligand interactions in Brassica self-incompatibility

Genetic self-incompatibility in Brassica is determined by alleles of the transmembrane serine-threonine kinase SRK, which functions in the stigma epidermis, and of the cysteine-rich peptide SCR, which functions in pollen. Using tagged versions of SRK and SCR as well as endogenous stigma and pollen proteins, we show that SCR binds the SRK ectodomain and that this binding is allele specific. Thus, SRK and SCR function as a receptor-ligand pair in the recognition of self pollen. Specificity in the self-incompatibility response derives from allele-specific formation of SRK-SCR complexes at the pollen-stigma interface.     

欧洲李不同品种授粉结实性试验研究

[目的]筛选欧洲李适宜授粉品种,为新疆欧洲李研究和生产上合理配置授粉品种提供技术依据.[方法]以法兰西、斯泰勒和女神3个欧洲李品种为试材,对不同品种自花坐果率、自然坐果率和人工异花授粉坐果率进行了试验研究.[结果](1)3个欧洲李品种自花坐果率为0;～3.05;;(2)不同的人工异花授粉组合坐果率比对照提高了-4.59;～11.49;;[结论]3个品种自花坐果率低或极低,均为自交不亲和品种;法兰西自然坐果率低,斯泰勒和女神中等;最佳授粉组合为法兰西×女神,斯泰勒和女神可互为授粉品种.     

等电聚焦电泳法测定羽衣甘蓝自交不亲和性的研究

利用聚丙烯酰胺凝胶等电聚焦电泳法,研究了羽衣甘蓝强自交不亲和系、弱自交不亲和系与自交亲和系的柱头和花粉蛋白质谱带,并进行自交,以考察亲和指数。结果表明:强自交不亲和系的成熟柱头(S)和弱自交不亲和系的成熟柱头的蛋白谱带有明显差异;强自交不亲和系有特异谱带的出现,而弱自交不亲和系和自交亲和系柱头上没有特异谱带。对比自交不亲和系开花前2~3 d的柱头(S′)与成熟柱头(S)的蛋白质谱带发现了S特异蛋白质的准确位置,其等电点为8.5~9.1。此法可用于鉴定羽衣甘蓝的自交不亲和性。用同种方法处理花粉,没有发现自交不亲和系的特征谱带。     

铁皮石斛自交和杂交亲和性的细胞学研究

为了探讨铁皮石斛Dendrobium officinale自交和杂交亲和性的生物学机制,利用荧光显微镜观察铁皮石斛自交、种内杂交后柱头性状和花粉管的生长情况。结果发现:自花授粉1 h后,花粉粒萌发,花粉管到达花柱基部接近子房处,4 h后花粉管进入子房,8 h后停止生长,72 h后子房萎缩,花粉管消失,不同的亲本间略有差别。种内杂交后的花粉管能够顺利进入子房,发育良好。由于铁皮石斛自交花粉管进入子房后停止生长,导致子房萎缩,可以认为铁皮石斛属于配子体自交不亲和。研究结果为铁皮石斛的自交不结实机理研究提供了细胞学基础,也为铁皮石斛种质资源保育、杂交育种等研究提供理论依据。     

黄芪传粉特性的研究

[目的]明确黄芪的传粉特性,为黄芪的品种选育和良种繁育提供依据。[方法]以膜荚黄芪和蒙古黄芪为试材,采用异株异花授粉、自由授粉、同株异花授粉和套袋自花授粉4种授粉方式,研究黄芪的传粉特性。[结果]4种授粉方式的膜荚黄芪的结实率差异明显,异株异花授粉、自由授粉、同株异花授粉、套袋自花授粉的平均结实率分别为81%、56%、1%、0,可见膜荚黄芪为异花授粉植物。不同授粉方式的蒙古黄芪的结实率差异也明显,异株异花授粉、自由授粉、同株异花授粉和套袋自花授粉的平均结实率分别为78%、54%、0、0,表明蒙古黄芪为异花授粉植物。[结论]黄芪是自花不孕或自交不亲和的异花授粉植物。     

大白菜ACA基因家族的全基因组鉴定与表达分析

【目的】通过对大白菜ACA（Ca²⁺-ATPase）基因家族鉴定与表达分析,研究其家族基因间的共性与特性,为进一步揭示ACA家族进化关系提供数据支撑,为深入解析BraACAs在低温胁迫、盐胁迫以及自交不亲和方面的功能研究奠定基础。【方法】根据已报道的拟南芥ACA基因家族,同源比对出大白菜ACA基因家族,利用在线软件Expasy预测其分子量、理论等电点等理化性质;采用MEGA 5.0软件构建系统进化树;运用在线软件GSDS 2.0绘制基因结构图谱;TBtools对其染色体定位;McscanX软件进行拟南芥与大白菜ACA家族基因共线性分析;利用在线软件PlantCARE预测大白菜ACA基因家族启动子元件;通过在线工具Pfam和MEME进行蛋白保守结构域分析;利用qRT-PCR技术检测BraACAs在不同组织、非生物胁迫和自交异交授粉后的表达量。【结果】大白菜ACA基因家族有18个基因成员,分布在大白菜10条染色体上;根据进化树关系分成4组,分别包含3、4、4和7个成员;蛋白结构域分析显示,有13个成员包含N端自抑结构域。qRT-PCR结果表明,BraACAs主要在花与果荚中高表达;低温胁迫下,Bra002762与Bra035649表达量总体上调;盐胁迫下,Bra031701表达量显著上调;自交和异交授粉中,Bra003276和Bra024117差异性表达。对Bra002762、Bra035649、Bra031701、Bra003276和Bra024117亚细胞定位分析,发现这些基因均定位在细胞质膜上。【结论】大白菜ACA家族基因蛋白结构均含有4个ACA基因特有的高度保守结构域。该家族在大白菜不同组织中表达模式不同,5个ACA家族基因成员编码蛋白定位于细胞膜上,其中Bra002762、Bra035649、Bra031701与低温和盐胁迫响应有关;Bra003276和Bra024117与自交不亲和性相关。     

不同授粉方法对克服百合杂交受精前障碍的作用

为克服由受精前障碍造成的百合杂交不亲和,以3个杂种系的品种和2个野生种为试材,探讨了切割花柱授粉对百合品种自交、近缘杂交和切割花柱授粉、柱头涂抹1 g/L BA或1 g/L NAA或柱头涂抹花粉培养液4种授粉方法对百合远缘杂交,以及花柱长度对百合近缘杂交结实的影响。结果表明:切割花柱授粉法促进百合‘Sor-bonne’的自交结实,获得30个自交胚,与对照比差异极显著(P<0.01)。11个近缘杂交组合中,切割花柱授粉法使本来亲和的6个近缘杂交组合所形成的杂种胚数从30个以上减少至10个以下,有的组合甚至1个杂种胚都没有得到。应用在远缘杂交组合上的授粉方法,只有柱头涂抹花粉培养液得到了8个果,比作为对照的柱头授粉法多6个果,但最终均未得到杂种胚。正反交的4个组合,以花柱较长的亲本为母本时成胚数较多;母本相同的2个近缘杂交组合,父本花柱较短的组合成胚数较多。可见,切割花柱授粉法能克服‘Sorbonne’的自交不亲和性,但对本试验的近缘杂交组合没有促进作用。对于东方百合品种‘Casa Blanca’与‘Sorbonne’正反交,以及‘Casa Blanca’与‘Siberia’正反交这2个近缘杂交组合,母本花柱比父本花柱长,并不阻碍杂交结实。     

同源重组快速构建甘蓝SCR 酵母双杂交诱饵载体及其自激活作用的检测

采用巢式PCR获得甘蓝SCR的成熟肽编码区,利用同源重组技术首次将其克隆到pGBKT7载体中,构建酵母双杂交系统的诱饵载体pGBKT7-SCR,结果表明:通过巢式PCR获得了正确的甘蓝SCR成熟肽编码区,并成功构建到pGBKT7诱饵载体中,且转化有诱饵载体的Y2HGold在SD/-Trp营养缺陷平板上生长良好,而在SD/-His-Trp和SD/-Trp/X-a-Gal/AbA营养缺陷平板上皆不能生长,说明对报告基因无自激活作用;且毒性实验也表明,SCR蛋白对酵母没有毒害作用.     

红心柚‘橘湘红’无核原因初探

以红心柚‘橘湘红’为材料,安江香柚为对照,通过物候期和花器特征的观察、花粉活力的测定、自交和异交花粉管在柱头中的生长及果实种子差异分析,探讨‘橘湘红’无核的原因。结果表明:‘橘湘红’的物候期与对照仅相差2~3 d,花器发育均正常;‘橘湘红’、安江香柚花粉在柱头上的萌发率分别为98.81%、97.96%,花粉活力分别为96.75%、94.61%,可育性高;自交与异交授粉96 h后,花粉管生长开始出现差异,自交花粉管生长速度减缓,异交花粉管生长正常,授粉120 h后,自交的花粉管停滞生长,异交的花粉管生长到达花柱基部;‘橘湘红’异花授粉平均每个果实有正常种子103.8粒,自花授粉果实无正常发育的种子。综合分析认为自交不亲和性可能是‘橘湘红’无核的主要原因。     

芸薹属自交不亲和功能因子及分子机制研究进展

芸薹属的自交不亲和性受S位点基因控制,其上的SRK基因和SCR/SP11基因是自交不亲和反应中的两个关键因子,另外所发现的其他因子也对自交不亲和发挥了重要作用。文章介绍了影响自交不亲和的功能因子及其分子结构特征和功能,对自交不亲和反应的分子机制作了进一步阐述,同时对这些功能基因在芸薹属植物甘蓝染色体组上的定位研究作出展望。     

椪柑无核优系的细胞学研究

以椪柑无核优系(Citrus reticulate Blanco)及其母本江西靖安有核椪柑(C.reticulate Blanco)、鄂柑1号(C.reticulate Blanco)为材料,从花粉形态、授粉亲和性和合子胚发育等方面研究优系无核机制。结果表明:无核优系花粉母细胞减数分裂异常比例显著高于其母本,花粉粒形态和小孢子母细胞的解剖学结构与母本有明显不同;无核优系自花授粉后的花粉管可以正常抵达花柱基部,自交亲和;无核优系胚胎早期败育,授粉后3周是败育主要时期;无核优系自花或异花授粉都不会产生种籽。无核优系果实无核的主要原因是胚胎早期败育。     

6个月季品种的自交亲和性

以云粉、云玫、蜜糖、蜜月、云艳、粉妆等6个月季品种为材料,采用离体培养与活体萌发法测定花粉生活力,统计分析田间自花授粉坐果率、平均种子数,并对授粉后花粉原位萌发及花粉管的生长过程进行荧光显微观察.结果表明,在活体和离体培养条件下,每个月季品种的花粉萌发率基本一致;云粉的离体和活体萌发率均最高,分别为(33.34±1.7...     

一种简化的油菜杂交F1种子的生产方法

安全有效的制种方法是油菜杂交种应用的关键。通过回交转育获得抗（耐）磺酰脲类除草剂的自交不亲和系,将其作为杂交种父本。父本因其具有自交不亲和特性,自交不结实;因其具有抗（耐）磺酰脲类除草剂特性,在用磺酰脲类除草剂进行母本化学杀雄时,不受化学杀雄剂影响。因此,可以将父本与不育系或者化学杀雄的母本材料混合播种,实现杂交种父、母本的混播混收。通过本文提出的杂交制种方法,只要选育出兼有抗（耐）磺酰脲类除草剂和自交不亲和特性的父本,即可进行杂交种的快速组配。该方法将父、母本混播混收,操作简单,节约了劳动成本,提高了杂交种制种效率。     

广玉兰开花动态与雌雄异熟机制的研究

通过野外观察,运用人工授粉、噻唑蓝（MTT）、柱头压片等方法,对广玉兰开花动态、花粉活力、柱头可授性、雌雄异熟机制进行研究。结果表明：1）在广玉兰为期5—6d的单花开花过程中,存在二次开合现象;2）广玉兰开花后花粉活力随开花进程逐渐减弱,初次开放阶段是柱头最佳可授期,对异株异花、同株异花及自花授粉皆具可授性;3）广玉兰...     

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.