芸苔属两个雄蕊心皮化雄性不育系特性及遗传分析

【目的】研究不结球白菜雄蕊心皮化雄性不育系HGMS和甘蓝型无花瓣油菜雄蕊心皮化雄性不育系AMS的特征,探讨雄蕊心皮化突变机理。【方法】以HGMS和AMS为试材,进行形态特征、同工酶分析及其杂交研究。【结果】系内不育株HGMSa和AMSa均具有明显的雄蕊心皮化形态特征,且雄蕊心皮化器官酯酶、过氧化物酶同工酶酶带与雌蕊酶带相同。系内可育株HGMSb和AMSb雄蕊发育正常,但存在花瓣有、无的显著差异。相互杂交研究表明,引起HGMS和AMS雄蕊心皮化突变的基因位点是相同的。HGMSb调控花瓣、雄蕊发育的单基因与AMSb调控雄蕊发育的单基因虽然存在形成花瓣功能的明显差异,但具有相同的作用位点,对HGMSa和AMSa雄蕊心皮化性状均具有恢复作用。【结论】HGMSa和AMSa具有相同的雄蕊心皮化特征,而且引起雄蕊心皮化突变的基因位点是相同的。     

不结球白菜同源异型突变雄性不育系HGMS的发现和初步研究

从不结球白菜高代自交系中发现并育成不结球白菜同源异型突变细胞核雄性不育系HGMS(homeotic GMS).不育特征为心皮在雄蕊位置错位表达,雄蕊消失,雌雄两性花变成无雄蕊单性雌花,心皮化的雄蕊上着生有胚珠,是一种全新的雄性不育.该不育系的花瓣严重退化,长、宽变短,重量减轻;雌蕊由细长变为短粗、重量增加.进一步同工酶研究发现,雄蕊位心皮的酯酶酶带和过氧化物酶酶带与本身雌蕊酶带一致,充分表明该雄性不育确系心皮异位表达引起.并根据花发育的ABC模型推测,该突变很可能是花发育的B组基因缺失所致.     

广宁红花油茶花器官发生

利用扫描电镜观察了山茶科Theaceae山茶属Camellia红山茶组广宁红花油茶Camellia semiserrata Chi.的花器官发生过程.广宁红花油茶花被片呈螺旋形发生,心皮原基发生于环状分生组织,4～5枚心皮原基同时发生,在后来的发育过程中,心皮原基发育成合心皮雌蕊,心皮原基纵向伸长发育成合生花柱,柱头布满乳凸状细胞,柱头浅裂,一般3～5裂;雄蕊原基分为内轮雄蕊原基和外轮雄蕊原基,内轮雄蕊原基一般15～21枚同时发生于环状分生组织,外轮雄蕊原基也发生于环状分生组织,外轮雄蕊原基分为3～5层,其基部1/3～1/2合生,外轮雄蕊原基中同层的同时发生,不同层的雄蕊原基发生次序不同;广宁红花油茶的花器官发生与山茶科厚皮香亚科Ternstroemi-oideae杨桐属Adinandra Jack的阔叶杨桐Adinandra latifolia L.K.Ling和猪血木Euryodendron excelsun H.T.Chang明显不同.该研究为山茶属甚至于山茶科的系统发育与演化提供了花器官方面的依据.     

不结球白菜新型雄性不育系HGMS应用潜势分析

花器官发育B组基因缺失导致花瓣萼片化、雄蕊心皮化的同源异型突变,由此引起的雄性不育性稳定、彻底,是一种极为理想的雄性不育类型。不结球白菜新型雄性不育系HGMS(Homeotic Genic Male Ster-ile line)就是利用雄蕊心皮化突变性状选育的新型细胞核雄性不育系。本文以HGMS系内可育株和不育株分别与4个优良自交系配制组合,研究了雄蕊心皮化性状对F1代杂种产量以及农艺性状的负效应;以包括HGMS在内的5个不育系与4个优良自交系配制5×4不完全双列杂交组合,用GGE双标图分析法对各不育系产量和农艺性状进行综合评价。结果表明,HGMS雄蕊心皮化性状并未引起F1代杂种产量和农艺性状的显著负效应;HGMS不育系在产量性状上具有较高的一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA),是一个优良的雄性不育系,可用于强优势组合的选配。另外,HGMS较好的亲本区分能力和代表性,表明它还是很好的测试亲本。     

蝴蝶兰PhaSEP3基因的克隆及其在突变体中的表达

E类MADS-box是花器官发育分子模型中必不可少的基因,通过突变体研究其表达模式将为深入理解兰科植物花器官的分子机理与完善花发育调控理论提供依据。采用RACE(rapid-amplification of cDNA ends)技术从蝴蝶兰花瓣中克隆了一个E类MADS-box基因PhaSEP3(GenBank登录号为MZ436812),并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析了该基因在蝴蝶兰不同组织和5种突变体中的表达水平。结果表明,该基因cDNA全长为1 236 bp,具有753 bp的开放阅读框(ORF),可编码250个氨基酸,其C端具有SEPⅠ和SEPⅡ基序。系统进化分析显示,该基因编码蛋白质与蝴蝶兰属的PeSEP3和AGL9亲缘关系最近。组织特异表达分析表明,PhaSEP3基因主要在生殖器官和授粉后子房中表达;在不同突变体中,PhaSEP3基因在侧萼唇瓣化突变体的萼片和唇瓣中表达水平显著升高;在退化雄蕊瓣化突变体的侧瓣、唇瓣和子房中表达水平显著降低,在蕊柱中的表达水平显著升高;在侧瓣唇瓣化突变体的侧瓣和唇瓣中表达水平显著升高;在侧瓣退化突变体的侧瓣中表达水平显著降低,而在蕊柱和子房中表达水平显著升高;在侧瓣雄化突变体中,该基因的表达水平在萼片和侧瓣中均显著升高。分析认为,PhaSEP3基因主要调控蝴蝶兰花器官各轮组织与授粉后子房的发育,在突变体花器官中,PhaSEP3类基因可能与其他花发育基因互作参与花器官形态的发育调控。该研究结果为进一步理解兰科植物花器官多样性的调控机理提供了资料。     

辣椒雄蕊雌化的形态解剖学特征

采用形态解剖和石蜡切片法,对雄蕊雌化辣椒花和果实发育过程进行观察。形态学观察结果表明,雌化 花芽较正常花芽肥大,雌化雄蕊可结实但非常小,位于正常辣椒果实果柄处。另外有部分雄蕊雌化和雄蕊全部雌化 两种突变体。显微切片结果显示,雌化雄蕊原基呈扁平叶状突起,后期发育成类似心皮的叶状体,边缘靠合或缝合形 成类似边缘胎座的子房。雄蕊在雌化过程中,形态上表现不同程度雌化,并且表现出一系列的中间过渡类型。另外雌 化“子房”内有“胚珠”,并且雌化雄蕊的“胚珠”与正常子房中的胚珠相似。     

麻疯树花发育的形态和解剖结构研究

为了揭示麻疯树(Jatropha carcas L.)花性别分化、大小孢子发生和雌雄配子体发育特点。利用扫描电子显微镜对麻疯树不同发育时期的花器官进行观察,利用光学显微镜分析了麻疯树大小孢子发生和雌雄配子体发育不同时期的花药和子房的石蜡切片。研究结果表明麻疯树雄花发育无须经历一个两性过程,雄花花药具有4个小孢子囊,成熟花粉粒为双核型;麻疯树雌花发育要经历一个两性花过程,在3枚心皮形成的同时,10枚雄蕊也形成;当心皮完全愈合后,雄蕊停止发育,最后退化;雌蕊心皮完全愈合后,胚囊开始发育;胚珠为倒生胚珠,具有珠心喙和珠孔塞;胚囊发育类型为蓼型。     

黄瓜性器官发育过程中显微形态研究及雄花发育晚期SDS-PAGE分析

对黄瓜花芽发育过程中雌、雄性器官进行了显微形态学研究及雄花发育晚期SDS-PAGE分析.结果表明黄瓜雌、雄花的发育可细分为10个时期,黄瓜单性花的形成首先经历两性期,之后再分别向雌或雄的方向发育,在两性期(时期V)之前,雌、雄花之间不存在明显的形态学差异.进一步考察雌、雄花中相反性别的性器官(雌花中的雄蕊和雄花中的心皮)的发育命运,发现在雌花的形成过程中,雄蕊生长停滞,但不退化.在雄花的形成过程中,心皮不断生长.雄花心皮的SDS-PGAG分析表明,发育后期雄花的心皮仍能合成新的蛋白质,具代谢活性.     

柿属新种德阳柿花芽分化的形态学观察

【目的明确柿属新种德阳柿各花器官原基出现的大致时间,以及花性别分化早期的形态学差异。【方法以10年生德阳柿雌株和雄株为材料,采集现蕾前的混合芽以及现蕾后的雌花和雄花,拍照记录其外部形态;同时利用扫描电镜和常规石蜡切片法,观察雌花和雄花各花器官原基以及性细胞的发育过程。【结果以休眠期为时间节点,德阳柿雌、雄花芽的发育过程可分为花芽分化前期和花芽分化后期。分化前期为6-7月,该阶段雌、雄花芽的发育进程基本一致,首先在叶原基基部出现花分生组织,然后依次形成苞叶原基、萼片原基和花瓣原基;分化后期为次年3-5月,雌、雄花芽解除休眠后,再依次分化出雄蕊原基和心皮原基。雄花芽解除休眠的时间早于雌花芽,雄花形成雄蕊原基和心皮原基的时间较雌花早17 d。随后,雄花和雌花进入性细胞发育时期。雄花雄蕊内部会产生初生造孢细胞团,造孢细胞继续分裂发育直到形成成熟花粉粒;雌花心皮原基基部形成子房,内部产生胚珠原基,随后胚珠分化发育,最终产生成熟胚囊;雌、雄花性细胞发育成熟的时间基本一致。【结论】德阳柿花芽分化跨2个年度进行,在萼片原基分化期和雄蕊、心皮原基分化期,雌花芽和雄花芽表现出明显的形态学差异。     

紫苏花器官发生及发育的形态观察

利用普通光学显微镜和扫描电镜技术观察了紫苏花器官发生及发育的过程。结果显示:紫苏花在花轴上由下及上形成无限开花的轮伞花序;紫苏花为两性完全花,花器官的发生顺序符合大多数被子植物花器官发生的一般规律,即各花器官按照花萼原基-花冠原基-雄蕊原基-雌蕊原基的顺序逐轮向内发生;每一轮花器官原基数量不一致,萼片原基5枚,花冠原基5枚,雄蕊原基4枚,雌蕊原基1枚;同一轮花器官原基发生同步,雄蕊原基发育后生长速度及长短发生分化,形成两长两短的二强雄蕊,其他花器官原基发育同步。     

水稻裂颖突变体srg花器官突变的形态发生及遗传分析

在水稻Lemont×Dular的重组自交系群体(RILs,F10)中发现了裂颖突变体(split rice glume,srg).利用扫描电子显微镜观察野生型水稻和裂颖水稻的颖花原基分化情况,结果发现,突变体水稻的幼穗在形成内、外稃原基后,有些颖花在形成浆片后并不是直接发育形成雄蕊原基,而是在外稃或内稃原基内侧又分化出浆片原基;有些颖花原基从中间缢裂,缢裂的颖花原基又分别形成类稃片的结构,颖花发育后期,6枚雄蕊发育畸形,并且观察到不同数目的雄蕊.同时以突变体作母本,Dular、Lemont为父本配制杂交组合进行遗传分析,F2表型和χ2测验结果表明,该突变性状受单基因隐性控制.     

拟南芥PMRP的表达特性及功能分析

【目的】分析拟南芥中功能未知基因PMRP（putative membrane related protein）的表达特性;明确PMRP在调控拟南芥生长发育过程中的作用。【方法】利用生物信息学方法,寻找拟南芥中与PMRP含相同结构域的基因,并绘制进化树;利用Real-time PCR技术分析PMRP在生长8和21 d的拟南芥根、茎中的相对表达量,比较生长21 d的拟南芥第1、2、3、4对莲座叶及茎生叶中PMRP的表达情况,分析花器官的萼片、花瓣和雄蕊及生长后期拟南芥种子中PMRP的表达量的高低;构建35S::PMRP过表达载体,转化Columbia野生型拟南芥,通过RT-PCR技术验证PMRP的表达量,获得过表达PMRP的转基因植株;通过对过表达PMRP的转基因拟南芥的表型观察,分析PMRP对拟南芥叶片发生、茎的生长部位等的调控作用;通过对过表达PMRP转基因拟南芥茎秆横切面的石蜡切片观察,分析PMRP在茎秆维管束木质部和韧皮部分化过程的作用;通过对花器官的解剖学观察,明确PMRP对拟南芥花器官生长发育的影响;通过对过表达PMRP转基因拟南芥果荚形成的观察,分析PMRP对拟南芥育性的影响。【结果】PMRP是一个含有START保守域的411个氨基酸的蛋白质,具有跨膜结构域,在拟南芥中含有START结构的基因共35个;Real-time PCR结果表明,PMRP在茎生叶中表达量最高（相对表达量约为2 935）、莲座叶中次之,且莲座叶生长时间越长,PMRP的表达量越多（PMRP在第1、2、3、4对莲座叶中的相对表达量分别约为1 650、1 113、734、507）,然后是花器官中的萼片（PMRP相对表达量约为937）,PMRP在茎、根、种子中都有的表达,但相对表达量都低于270;PMRP在花器官中雄蕊的相对表达量最低（约为64）,远远低于同属花器官的萼片中PMRP表达量（937）,PMRP在根、茎中的表达量随生长时间的增加而增加,PMRP在8和21 d的根中相对表达量分别为154和222,PMRP在8和21 d的茎中相对表达量分别为200和264;过表达PMRP转基因拟南芥表现为在枝条上产生莲座叶,茎秆容易倒伏,维管束没有明显的形成层,且木质部和韧皮部排列紊乱,花器官中雄蕊的花丝变短,形成的角果数量减少,育性降低。【结论】START结构域在功能上极度保守;PMRP在拟南芥不同组织器官均有表达,且随着时间的延长,PMRP的表达量也增加,但在花器官的雄蕊表达最低,一旦过表达PMRP,拟南芥花器官的雄蕊发育异常,造成育性降低;PMRP对拟南芥的叶片发生、茎秆维管束分化和花器官发育具有重要作用。     

CaMV35S启动子驱动的FT基因调控杨树早期开花的初步研究

为了研究CaMV35S启动子驱动的FT基因对转基因杨树Populus早期开花的影响,利用Gateway技术构建了35S::FT基因表达载体,并对杨树进行了遗传转化,从转基因杨树花的发育、花器官变异等方面初步探讨了35S::FT促进杨树早期开花性能。结果表明:35S::FT转基因杨树分生组织属性的改变及初始花结构的形成发生于试管培养阶段;花开始发育后如不及时把开花植株继代培养或转至土壤温室培养,初始花结构会凋谢枯萎,不能继续发育。转基因植株花器官的分化与发育发生于温室培养阶段的3~5周内,能够分化出典型的花器官,但发育不完全,具雌雄蕊、花盘结构,无成熟苞片结构,雄蕊不能成熟发育。35S::FT诱导的花均为单朵花,而非野生型的柔荑花序;多数花属于单性花,但转基因雄性无性系中会出现两性花。转基因植株的开花率随着试管苗继代次数的增加而急剧下降,但两性花比例会上升。     

欧洲千里光SvAPETALA1基因的克隆及功能分析

  目的  花器官发育是影响花观赏价值的重要因素,AP1类基因调控植物花器官的形成。研究菊科Asteraceae欧洲千里光Senecio vulgaris的SvAP1基因在花器官形成中的重要作用,旨在探究菊科复杂花序结构产生的调控机制。  方法  以欧洲千里光为材料克隆获得了SvAP1基因,通过多序列比对、构建系统进化树、实时荧光定量PCR (qRT-PCR)反应、构建超表达载体、组织学染色观察等方法与技术,对SvAP1基因进行功能预测与分析。  结果  SvAP1基因开放阅读框长度为705 bp,编码234个氨基酸。多序列比对与系统进化分析显示:SvAP1基因属于MADS-box基因AP1类亚家族,C末端具有paleoAP1保守基序(motif)。欧洲千里光组织特异性表达分析表明:SvAP1基因在营养器官和花序中都有表达。转基因龙葵Solanum nigrum的形态学观察和石蜡切片技术分析显示:与野生型龙葵相比,转基因龙葵雌蕊发育异常,表现为子房膨大且雌蕊状组织增多。  结论  欧洲千里光SvAP1基因在龙葵中的超表达影响雌蕊发育,与ABC模型中A类基因超表达对植物花器官发育造成的影响存在差异,即转基因龙葵雄蕊无明显变化且雌蕊未转变为萼片状或叶片状器官。这可能与欧洲千里光花器官调节机制和花序结构的复杂性有关。由此可知,欧洲千里光SvAP1基因可能作为花器官特征基因在花器官形成中具有重要作用。图6表1参35     

番红花花芽分化期显微结构及核酸、可溶性蛋白质量分数的变化

运用扫描电镜技术观察番红花(Crocus sativus L.)花芽不同分化期的形态变化,测定不同分化及发育期的核酸和可溶性蛋白质量分数,并分析了核酸与可溶性蛋白质量分数变化的相关性。结果表明:番红花花器官按照萼片—外轮花被—雄蕊—内轮花被—雌蕊的顺序分化,蝎尾状聚伞花序,从花芽分化开始到花器官功能形成共经历65 d左右;番红花花芽分化过程中,RNA质量分数和RNA质量分数/DNA质量分数先升高后降低,DAN、可溶性蛋白质量分数均呈现"升-降-升"的变化趋势,核酸与可溶性蛋白质量分数之间存在显著或极显著相关性。由此说明,番红花属于典型的ABC植物,核酸和蛋白质代谢共同调节番红花花芽的分化和发育,是营养生长过渡为生殖生长及花芽形态建成的生化基础。     

批量筛选水稻T-DNA插入突变体库获得生殖发育相关突变体

针对花器官形态和种子发育突变表型对大型水稻T-DNA插入突变体库进行筛选,获得了大量突变体信息及材料,在9 760个突变体家系中筛选得到177个花器官形态和数量异常的突变家系,突变频率为1.81%;对9 760个家系中的3 432个家系筛选得到179个种子发育缺陷的突变家系,突变频率为5.22%。对所获得的270个突变家系进行了T-DNA插入的阳性检测,阳性率为64.8%。利用公共数据库RMD(Rice MutantDatabase,RMD)给定的侧翼序列,鉴定了其中1个结实率较低的突变体家系,表明其突变表型和T-DNA插入共分离,为深入研究该基因的功能提供了重要的遗传材料。     

水稻浆片颖壳化突变体(gll)的鉴定和精细定位

【目的】鉴定和克隆水稻花器官突变体新基因,对了解水稻花器官发育的分子遗传机理和分子信号调控途径有着重要的作用。【方法】采用田间种植鉴定、突变体和野生型的花器官对比、杂交后代的表型分离统计及基于图位克隆法的基因定位等方法,对自然突变产生的突变体gll的表现型、遗传和基因精细图位开展研究。【结果】表型鉴定认为gll突变体小穗上的颖花变异主要表现为浆片颖壳化和外颖增加。通过杂交F1、F2及F3的表型分离个体χ2测验结果表明,该突变体表型分离符合1对隐性核基因的比例。配制突变体和日本晴的杂交种及其F2分离群体,在F2和F3群体中获得gll表型株作为基因定位群体。利用均匀分布于水稻12条染色体上的156对多态性分子标记,检测gll定位群体中的408株突变体表型个体,将GLL定位于水稻第1染色体上SSR标记RM1068和RM3482之间,遗传距离分别为4.6和2.3 cM。随后检测了4个新的SSR标记,进一步将GLL定位在108 kb的物理距离之内。【结论】水稻gll突变体的性状由1对隐性核基因控制,该基因位于第1染色体长臂的近下端SSR标记RM6097和RM6827之间108 kb范围内。     

水稻花器官数目异常突变体afon1的表型分析与基因定位

【目的】研究水稻花器官数目异常突变体afon1(abnormal floral organ number1)的分子机理,鉴定出控制水稻花器官数目变化的基因。【方法】利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻品种浙农34获得一个花器官数目异常突变体作为试验材料,命名为afon1。开花期随机取突变体afon1和野生型浙农34的稻穗各5个,利用组织学和扫描电子显微镜等技术研究afon1的花器官表型、细胞学特征和花粉育性。成熟期随机取突变体afon1和野生型浙农34植株各10株,测定株高、分蘖数、穗长、每穗颖花数、每穗实粒数和千粒重等农艺性状。随机取突变体afon1和野生型饱满种子各100粒,测定发芽势和发芽率。以突变体afon1为母本,分别与野生型浙农34和粳稻品种浙农大104杂交构建2个F2群体进行遗传分析和基因定位,筛选候选基因进行DNA测序比对,构建AFON1蛋白质的空间模型并对其结构进行分析,同时对候选基因以及与花器官数目相关的基因进行实时荧光定量PCR分析。【结果】与野生型相比,突变体afon1中59.64%小穗的花器官数目发生异常,其中多数小穗仅在内稃一侧产生一个颖壳状的器官,部分小穗表现2—4轮花器官数目同时增加;株高和千粒重显著增加,而结实率显著降低。遗传分析表明,突变体afon1与野生型浙农34杂交的F1植株小穗花器官数目表现正常,F2群体中小穗花器官数目正常植株与花器官数目异常植株的分离比符合3﹕1,表明突变体afon1性状受一对隐性核基因控制,基因位于水稻第1染色体长臂端In Del标记1M5和1M18之间,物理距离为73 kb,该区间内共有6个注释基因。突变体afon1和野生型的测序比对发现,突变体afon1中的基因LOC_Os01g67430外显子中第565个碱基T突变成A,导致第189个氨基酸由色氨酸突变为精氨酸。蛋白质序列和空间结构分析表明,AFON1蛋白质序列中含有一个Lipase_3结构域,结构域内的突变导致蛋白质的空间结构发生了明显的变化。实时荧光定量PCR结果显示,LOC_Os01g67430在突变体afon1幼穗中的表达量要显著高于野生型,而在根、茎和叶中则无显著差异;穗发育早期FON1和FON2/4等调控花器官数目的基因在突变体afon1花器官中的表达量显著增加。【结论】LOC_Os01g67430为突变基因afon1,该基因通过影响花器官数目相关基因的表达而调控各轮花器官数目。