四种甘蓝雄性不育类型差异基因表达分析

通过cDNA-AFLP分析了4种甘蓝(Brassicaoleracea)雄性不育类型的花粉败育特异中断基因表达特点,并对不同特异表达类型分别选取代表性TDFs克隆测序。结果表明,表达差异在转录片段多态性上能反应出不同雄性不育类型在细胞学水平上的败育时期和特征差异,4种不育类型中萝卜胞质不育(OguCMS)与可育类型遗传距离最近。实验未检出萝卜胞质不育特异中断的TDFs,说明其特异中断基因数目较少,因此检测到这一类基因较为困难。三种代表黑芥胞质不育(NiCMS),隐性核不育(Ms-cr1)和显性核不育(Ms-cd1)特异中断表达的TDFs共计46条。序列分析结果表明,黑芥胞质不育,隐性核不育和显性核不育类型分别与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)脱氢酶,具RNA识别结构域(RRM)的蛋白,质膜类钙转运ATP酶基因表达受阻有关。     

小麦生理型雄性不育花药中能量相关基因的表达

为揭示小麦(Triticum aestivum L.)生理型雄性不育机理,以化学杂交剂SQ-1为诱导剂,构建了普通小麦西农1376不育和可育生理系,用RT-PCR技术分析了3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)和NFUDP4基因在不同发育时期的不育和可育花药中的表达差异.结果表明,与同期对照相比,GAPDH和NFUDP4基因在不育花药单核期到三核期均下调表达,其中在大量花粉粒败育的单核期,GAPDH下调表达尤为显著.因此,小麦生理型雄性不育花药败育过程中,一方面由于GAPDH基因表达受抑制,使糖酵解受阻导致能量供应不足;另一方面,NFUDP4基因下调表达,可能引起线粒体某一Fe-S族蛋白装配需要的分子骨架减少而使其数量不足,从而可能引起Fe-S族蛋白参与的生化反应减弱,如呼吸链电子传递受阻引起能量供应不足,与小麦生理型雄性不育具有一定关系.     

小麦生理型雄性不育花药中能量相关基因表达

为揭示小麦(Triticum aestivum L)生理型雄性不育机理, 以化学杂交剂SQ-1为诱导剂,构建了普通小麦西农1376不育和可育等生理系,用RT-PCR 技术分析了3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）和NFUDP4基因在不同发育时期的不育和可育花药中的表达差异。结果表明,与同期对照相比,GAPDH和NFUDP4基因在不育花药单核期到三核期均下调表达,其中在大量花粉粒败育的单核期,GAPDH下调表达尤为显著。因此,小麦生理型雄性不育花药败育过程中,一方面由于GAPDH基因表达受抑制,使糖酵解受阻导致能量供应不足;另一方面,NFUDP4基因下调表达,可能引起线粒体某一Fe-S 族蛋白装配需要的分子骨架减少而使其数量不足,从而可能引起Fe-S族蛋白参与的生化反应减弱,如呼吸链电子传递受阻引起能量供应不足,与小麦生理型雄性不育具有一定关系。     

小麦生理型与遗传型雄性不育相关基因锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)及果糖1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)的表达分析

锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)是一种重要的抗氧化剂,果糖1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)是叶绿体光合碳化阶段起重要调节作用的关键酶.本研究以小麦(Triticum aestivum L.)生理型与遗传型等基因雄性不育系及其对应育性正常的保持系为材料,选取花粉小孢子发育各时期的花药及三核期子房,对供试材料花药全蛋白表达差异研究的基础上,对雄性不育相关基因(Mn-SOD)及FBA进行核酸水平的实时荧光定量PCR分析,结果发现,与可育保持系相比,(1)生理型雄性不育系Mn-SOD基因在幼穗期、单核期和三核期表达量显著下调,而酶活力在幼穗期上调,在单核期下调;遗传型雄性不育系Mn-SOD基因在幼穗期和单核期表达量下调,酶活力在幼穗期上调,在二核期下调.(2)生理型雄性不育系和遗传型雄性不育系FBA基因表达量在幼穗期和单核期均下调,而对应同时期的FBA酶活力也下调,而遗传型不育系FBA基因在三核期表达量和FBA酶活力均上调.(3)Mn-SOD和FBA在遗传型雄性不育系三核期子房和花药中表达量均高于生理型雄性不育系和正常可育系,而在生理型雄性不育系花药中,Mn-SOD表达量明显低于对照可育系,在子房中其表达量略高于正常可育系.基因表达具有组织特异性,其蛋白表达较基因表达具有一定滞后性.Mn-SOD基因过量表达(单核至二核期),从而清除花药代谢紊乱产生的过多的活性氧,维持细胞正常功能;而花粉败育(生理型和遗传型雄性不育)导致花药失去活力,从而使花药叶绿体光合能力下降,FBA下调表达.研究结果提示,不同发育时期FBA及Mn-SOD酶活力变化与基因表达水平相一致,且这两个指标的变化直接或间接的影响了小麦花药的育性程度.     

甜瓜雄性不育两用系转录组分析与抗氧化酶活性研究

甜瓜(Cucumis melo)主要在世界温带到热带地区栽培。为从转录组水平上挖掘甜瓜雄性不育的发生过程与超氧代谢和相关氧化酶活性的相关性,本研究利用雄性不育两用系对甜瓜可育株与不育株5mm的花蕾雄蕊进行转录组测序,筛选氧化酶相关差异表达基因。此外,本研究在花蕾雄蕊5 mm时期对其进行qRT-PCR分析以鉴定差异基因表达量,并对雄性不育株与可育株的花蕾酶活性进行测定。结果显示,转录组测序共有1 364个差异基因表达,其中表达上调的基因共有834个,表达下调的基因共有530个。根据相同或相似的表达模式对上述筛选得到的差异表达基因进行聚类分析,共将这些差异表达基因分为28类,其中第8类中有18个差异表达基因,这些基因参与超氧代谢途径相关性极其显著(P0.001)。对差异表达基因进行基因本体论(Gene Ontology,GO)功能分析显示,共有1 118个基因归属于生物合成、分子功能和细胞组分3大分支,过氧化氢酶参与的催化过程中有576个差异表达基因,其中17个基因差异表达极显著。京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)注释结果显示,与氧化还原酶相关的差异基因为10个,其中9个为过氧化物酶同源基因,1个为过氧化氢酶相关表达基因。在苯丙素的生物合成途径中,与过氧化物酶相关基因MELO3C012183在雄性不育株与雄性可育株相比基因表达显著上调,过氧化物酶相关基因MELO3C014656表达显著下调。在色氨酸代谢途径中,与过氧化氢酶同工酶相关基因MELO3C017024在雄性不育株与雄性可育株相比基因表达显著上调。qRT-PCR验证表明,与过氧化物酶(peroxidase,POD)相关基因peroxidase 2-like precursor和peroxidase 11表达量可育株都低于不育株,而过氧化氢酶(cata-lase,CAT)相关表达基因catalase isozyme1-like表达量可育株高于不育株,而雄性不育株中POD和CAT酶活性均高于可育株。研究结果表明,过氧化物酶POD和过氧化氢酶CAT活性在不育株系中的差异表达是由植物自我保护激发诱导产生,氧自由基的积累使不育株系的膜脂过氧化水平异常升高,此现象有可能对小孢子发育造成伤害,从而导致花粉败育。本研究为甜瓜花粉发生败育的内在原因和作用机理提供了一定的科学依据。     

甘蓝Ogura胞质雄性不育基因的RAPD标记筛选*

有关利用RAPD[1]技术进行分子标记的研究报道很多,如王俊霞等[1]对甘蓝型油菜Pel CMS育性恢复基因和王晓武等[2]对甘蓝的一个显性核雄性不育基因均进行了RAPD标记.我们经过多年的选育,已经成功把外源胞质雄性不育基因转育到甘蓝自交不亲和系上,现已成功选育出不育性稳定和经济性状优良的甘蓝雄性不育系.为了更深入的研究其不育机理,利用RAPD分子标记技术对其不育基因进行了标记,为以后开展甘蓝杂优育种提供标记基因打下基础.     

辐射水稻雄性不育性在异源胞质背景的遗传表达

60 Coγ射线辐射水稻恢复系获得 4个隐性单基因不等位雄性不育突变体。用雄性不育突变株 可育株杂合体植株作父本 ,与 1 5个种质的同核异质代换系 (作母本 ) ,杂交配组成 60个组合。结果F1代小穗正常可育 ,F2 代分离出数量不等的雄性不育株。未发现雄性不育基因与异源胞质互作表现完全可育的基因型。     

小麦生理型雄性不育系中天冬氨酸蛋白酶与绒毡层代谢的相关性分析

为探讨化学杂交剂SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育系花药绒毡层细胞凋亡过程与花粉粒败育的关系,以小麦生理型雄性不育系及其可育系花药为试验材料,结合前期绒毡层细胞凋亡研究的结果,采用透射电镜超微观察花药绒毡层细胞结构,定量检测与凋亡相关的天冬氨酸蛋白酶相关基因(APs1、APs2、APs3)的表达量,同时利用含明胶的十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳技术对天冬氨酸蛋白酶活性进行验证。结果表明,在小麦花药发育单核期,生理型雄性不育系花药绒毡层细胞较可育系绒毡层细胞提前降解;在四分体至三核时期,3个天冬氨酸蛋白酶基因在不育和可育系中均表现为先升高后降低的趋势,且单核期表达量最高;天冬氨酸蛋白酶相关基因(APs1、APs2、APs3)在花药发育单核时期以及四分体时期,不育系较可育系均明显上升;天冬氨酸蛋白酶活性研究表明,在花药发育各时期该酶活性在不育系与可育系中均表现出明显差异,且在不育及可育系花药中天冬氨酸蛋白酶活性都呈先升高后降低的趋势,在二核期活性达到最高。表明在SQ-1诱导的生理型不育系中,天冬氨酸蛋白酶的变化与绒毡层细胞凋亡、结构变化及雄性不育花粉粒败育密切相关。本研究初步揭示了生理型小麦败育的机理,为进一步深入研究小麦雄性不育机理,培育能广泛应用于生产实践的优良不育系提供了一定的理论依据。     

重离子辐射诱导玉米雄性不育突变系的遗传研究

利用30Gy7Li离子辐射玉米杂交种农大108的种子,从M3代材料中获得雄性不育突变材料39I3-2,并通过套袋杂交获得了不育材料的杂交组合。调查不育突变植株性状及其杂交组合和F2代雄花育性,结果表明,不育材料39I3-2花粉败育彻底,不育性状表现稳定,呈现出由隐性单基因控制的核不育的遗传特点。雄性不育突变体的出现与重离子辐射诱导有关,为基因突变的结果。     

杂交稻同核异质不育系的同工酶与遗传鉴定

研究分析了7个同核异质不育系和保持系花药中的酯酶同工酶和过氧化物酶同工酶,结果表明:在这两种同工酶的酶谱中,有些谱带是不育系与保持系共有的,不受雄配子的育性和胞质差异的影响。有些谱带则伴随雄配子的败育而出现(或缺失),其余谱带组分,则因胞质背景的不同而存在差异。据此认为,可以通过同工酶酶谱分析,对细胞质进行遗传鉴定。     

萝卜胞质雄性不育正常花蕾与败育花蕾DD-PCR及EST序列分析

提取了萝卜雄性不育系BT-18败育花蕾和正常花蕾的DNA,并且采用DD-PCR技术研究了败育花蕾与正常花蕾的mRNA差异表达。败育花蕾DNA表现有规则的Ladder,而正常花蕾只有单一DNA条带,该结果为萝卜败蕾发生了细胞程序化死亡提供了生化证据;DD-PCR得到107个差异表达片段,其中败育花蕾差异表达片段94个,正常花蕾差异表达片段13个。BLAST结果显示,与功能蛋白同源的差异序列50%以上来源于叶绿体,推测萝卜败蕾与叶绿体有很大关系;叶绿体Mat K在不同的引物组合扩增中出现3次,序列分析后发现长度为282bp和283bp的为同一片段,长度为396bp的片段与长度为282bp和283bp的片段无同源性,可能为编码Mat K的不同亚基。Mat K参与叶绿体中RNA转录本Ⅱ型内含子剪切,通过对内含子剪接的影响来调节基因的表达,推测Mat K等叶绿体基因上调表达使其蛋白质的合成发生变化,导致萝卜叶绿体代谢紊乱,最终导致败蕾;而甲基转移酶可能通过DNA甲基化调控萝卜发育,使其发育异常表现花蕾败育。对BLASTx比对分值小于80及无同源性的片段进行BLASTn分析,根据比对结果推测:细胞程序化死亡可能是萝卜败蕾、植物衰老和植物受逆境胁迫时普遍发生的一种生理生化现象。     

显性雄性核不育突变体水稻的遗传鉴定

利用γ射线处理水稻干种子 ,从 2个美国品种Orion和Kaybonnet中分别获得了雄性核不育突变体 1 783和 1 789。对 1 783的M7代和 1 789的M6 代的花粉育性和结实率进行了观察和考查 ,并对后裔单株育性的分离结果进行了统计分析。结果表明 ,突变体 1 783和 1 789的育性分离为 1可育 :1不育 ,雄性核不育性受一对显性基因控制 ,是一种人工诱变中不常见的显性突变。 2个雄性核不育突变体的花粉育性 ,经I KI染色表现为部分败育 ,自然状态下的结实率为 3 0 %左右 ,套袋结实率仅0 3 %～ 3 5 %。显性雄性核不育是水稻遗传育种中进行群体改良的有效工具     

籼稻体细胞无性系雄性不育突变体后代遗传及其恢保关系鉴定

对野败型保持系珍汕97B、恢复系IR24、IR26和泰引1号等4个水稻材料的幼穗在不同的培养基上培养、再生植株及对其后代进行育性和测交鉴定及其它遗传分析,探讨了雄性不育变异株的恢保关系,结果表明:在IR26、泰引1号和珍汕97B的R1、R2群体中都获得了不同比率的雄性不育变异株,这些不育株的花粉败育可分为无花粉、典败、圆败和染败4种类型.对离体培养产生的雄性不育变异株用一批现有CMS不育系的保持系和恢复系进行杂交,其中有2株分别来自IR26(编号为269157)和珍汕97B(编号为B29154)的不育株,其恢保关系与野败型一致,现已回交5代.来自IR26(编号为2692411)的另一雄性不育株,用上述亲本已连续回交5代,后代均不育,其恢保关系似与野败不同.而有些来自珍汕97B和IR26的12株雄性不育变异株,杂交后代(F1)全部可育,结实率85%以上.     

1份~(60)Co-γ射线诱变玉米雄性不育突变体的遗传分析

为了研究一个新玉米雄性不育突变体的遗传模式,将~(60)Co-γ射线诱变选育的玉米K305雄性不育突变体姊妹交群体在不同地点、不同年份、不同季节种植,采用室内花粉镜检与田间调查相结合的方法进行育性鉴定。通过不育株姊妹交、测交及测交组合的自交和回交后代,进行细胞核效应分析;以具有正常细胞质的自交系为母本,育性完全恢复的测交种及姊妹交群体中的可育株为父本进行反交,对其反交的F1及F2进行细胞质效应分析。结果表明,不育株雄穗无花药外露,花药干瘪,败育彻底,不育性状稳定;姊妹交和回交后代育性分离比例为1∶1,自交后代育性分离比例为3∶1,不育性状表达与细胞质的改变无关。说明该突变体是由隐性单基因控制的可遗传的"无花粉型"细胞核雄性不育,为其进一步开发利用奠定了基础。     

甘蓝型油菜陕2A细胞质雄性不育的遗传及RAPD标记

本研究以甘蓝型油菜陕 2A细胞质雄性不育系、保持系和F2 分离群体为材料 ,对F2 分离群体的遗传分离情况进行分析 ,结果表明 ,可育与不育株花器存在明显差异 ,符合 3∶1的分离比例 ,因而推断细胞质雄性不育恢复基因受 1对显性基因控制。利用分离群体分组分析法(BSA) ,用 1 0 5个随机引物对细胞质雄性不育恢复基因进行RAPD分析 ,发现有 6个随机引物扩增出多态性差异谱带。引物S62 和S74在可育和不育基因池中扩增出单条特异性谱带所代表的DNA序列 ,很可能与不育系的恢复基因连锁。     

小麦D2型细胞质长日光敏雄性不育可能分子机理的研究初报

一些D2型细胞质的核质杂种小麦在长日下(≥15h)出现雄性不育,表现为雄蕊心皮化,在短日下(≤14.5h)则育性正常,国内外学者将这种新型不育系称之为光敏细胞质雄性不育(Photoperiod-sensitiveCytoplasmicMaleSterilityPCMS).以D2型细胞质光敏雄性不育系农林26及其短日下可育对照为材料,对D2型细胞质光敏雄性不育的基因表达进行了研究.研究表明长日下小麦中与拟南芥控制花发育的B类基因AP3具有同源性的TaMADS#51在该不育系中(长日条件下)未见表达,而在短日下有表达,但只在幼穗中表达,叶片和成穗中均未见表达.初步认为该不育系在长日下出现雄蕊心皮化是由于控制雄蕊发育的B类基因沉默所致.研究揭示了一种核质互作+基因型环境互作的复杂互作造成类似于拟南芥中单基因突变的遗传现象.     

小热激蛋白基因(hsp23.5)在小麦BNS雄性不育系和转换系中的差异表达

23.5kD小热激蛋白(sHSP)是BNS(Bainong sterility)型雄性不育系和转换系花药的一个重要差异表达蛋白。为了探讨该蛋白与BNS不育性的联系,本研究利用荧光实时定量PCR方法,在不育发生的3个关键时期,四分体期、单核期和二核初期,定量检测该蛋白的基因hsp23.5在不育系及其转换系花药中的mRNA表达水平。结果显示,hsp23.5基因在转换系花药中从四分体到二核期呈持续上升趋势,但在不育系中表达量则显著下调,3个时期的表达量分别比同时期转换系下调3.8、20.0和4.6倍。克隆的hsp23.5片段序列,经BLAST比对,与来源于普通小麦(Triticm aestivum)的hsp23.6和硬粒小麦(T.turgidum)的hsp23.5小热激蛋白序列一致性最大,为94%,进化树分析遗传距离也最近。同时发现该基因在单核向二核期发育期间由于较高气温出现,表达量表现回复上调。这些结果表明,hsp23.5基因在BNS花药中组成型表达,同时也有温度诱导表达特性,在不育系中表达量显著下调。提示hsp23.5基因与BNS雄性不育发生有重要联系。     

小麦D^2型细胞质长日光敏雄性不育可能分子机理的研究初报

一些D^2型细胞质的核质杂种小麦在长日下（≥15h）出现雄性不育，表现为雄蕊心皮化，在短日下（≤14．5h)则育性正常，国内外学者将这种新型不育系称之为光敏细胞质雄性不育（Photoperiod-sensitive Cytoplasmic Male Sterility PCMS)。以D^2型细胞质光敏雄性不育系农林26及其短日下可育对照为材料，对D^2型细胞质光敏雄性不育的基因表达进行了研究。研究表明：长日下小麦中与拟南芥控制花发育的B类基因AP3具有同源性的TaMADS#51在该不育系中（长日条件下）未见表达，而在短日下有表达，但只在幼穗中表达，叶片和成穗中均未见表达。初步认为该不育系在长日下出现雄蕊心皮化是由皇控制雄蕊发育的B类基因沉默所致。研究揭示了一种核质互作＋基因型环境互作的复杂交作造成类似于拟南芥中单基因突变的遗传现象。