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.     

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。     

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。     

小麦生理型雄性不育系中反式烯脂酰-CoA还原酶基因(TaECR)的克隆及表达分析

超长链脂肪酸(VLCFAs)代谢在花药发育中发挥着重要的作用,而反式烯脂酰-CoA还原酶(trans-2,3-enoyl-CoA reductase,ECR)是催化超长链脂肪酸合成的脂肪酰-CoA延长酶之一.为进一步研究杀雄剂SQ-1诱导小麦雄性不育的机理,根据己报道二穗短柄草(Brachypodium distachyon)ECR基因,采用电子克隆获得序列并设计引物,从小麦(Triticum aestivum)中克隆ECR的开放阅读框cDNA序列,命名为TaECR,将该序列提交至GenBank,登录号为KC222053.序列分析表明,TaECR基因编码310个氨基酸,具有反式烯脂酰-CoA还原酶的经典结构域.表达分析表明,TaECR基因在小麦花药、颖片、叶和根中均有表达,其中在根中的表达量最底;与可育系相比,TaECR基因在生理型不育系三核期中表达急剧下调,在单核期和二核期表达趋势无显著变化,并与其蜡质积累量变化趋势基本一致,这表明TaECR基因调节的超长链脂肪合成途径可能参与了SQ-1诱导的败育过程.     

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。     

不同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(Brassica oleracea )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。     

小麦雄性不育的发生与花药组织内激素平衡的关系

本实验通过对小麦雄性不育材料和相应的可育材料花药内源激素含量比值的分析发现；在花粉败育过程中内源激素的平衡遭到破坏，不论是Ｋ，Ｔ型细胞质雄性不育系还是化学杂交剂诱导的雄性不育花药组织ＩＡＡ／ＡＢＡ，ＧＡｓ／ＡＢＡ与ＩＡＡ／ＺＲ的值的相应的可育材料相比大幅度下降，并且不育度与下降幅度呈正相关。     

线粒体蛋白组解析烟草雄性不育分子机制

目前我国烟草杂交种种植越发广泛,不育系作为制备烟草杂交种的有利材料,在我国烟草种植中具有重要地位。为了探究烟草胞质雄性不育形成的分子机制,选用烟草不育系及其保持系,在花芽分化时期利用石蜡切片和线粒体蛋白组学技术结合生物信息学分析方法进行研究。结果表明,烟草雄性不育系的败育过程发生在发芽分化的雌雄蕊原基分化时期;蛋白组学分析共筛选出线粒体差异表达蛋白113个,呼吸代谢过程中的焦磷酸酶、异柠檬酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶和磷酸己糖异构酶等关键调控蛋白酶的表达显著下调,ATP合酶的δ和α亚基表达上调;在线粒体蛋白的合成、修饰和运输过程中,核糖体RNA大亚基中L4e、L7和小亚基中SAe的表达下调,烯醇酶、内质网蛋白加工酶、蛋白二硫键异构酶等功能蛋白结构修饰酶表达下调,蛋白酶复合体的Rpt3和α5亚基表达下调。由上述结果推测,烟草胞质雄性不育由于线粒体蛋白的合成、修饰及导入过程受阻使线粒体功能紊乱,具体表现在线粒体呼吸代谢途径的蛋白酶表达下调及合成ATP受阻,不能为其在花粉形成时期小孢子的快速分裂分化提供充足的能量,抑制了小孢子的形成和发育,从而表现为雄性不育。本研究结果为进一步开展烟草雄性不育机理研究奠定了重要基础。     

热胁迫下丹参迷迭香酸代谢途径关键酶基因的表达研究

为探索热胁迫对丹参迷迭香酸途径关键酶基因表达的影响,采用定量RT-PCR法,以Actin与GAPDH作为内参基因,0~48h叶片cDNA作为模板,对迷迭香酸途径7个关键酶基因PAL、C4H、4CL、TAT、HPPD、HPPR和RAS的表达进行分析。通过试验结果构建出这7个关键酶基因0~48h代谢途径表达图谱。其中,PAL、C4H和RAS受热胁迫影响表达量下降;TAT、4CL和HPPD表达量呈先上升后下降趋势;HPPR表达量前期变化不大,后期呈下降趋势。结果表明热胁迫对迷迭香酸途径关键酶基因表达有极显著影响。该表达时序谱的建立为进一步研究热胁迫与酚酸类成分累积之间的关系奠定了基础。     

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     

辐射亚洲百合鳞茎(M_1)染色体畸变研究

6 0 Coγ射线辐照亚洲百合Pollyana品种的鳞茎 ,辐照后的当代植株 (M1)花粉母细胞减数分裂出现明显的辐射效应 ,染色体数目和结构发生了变异。多次实验证明 ,花粉败育时期推测在四分体形成之后     

辐射百合鳞片扦插诱生的不定芽植株变异研究

百合辐射后鳞片扦插获得不定芽植株 ,在其生长发育过程中发现 :不定芽植株的花瓣、雄蕊、雌蕊及叶等器官都有变异。其中雄性器官变异率最高、类型最多 ,包括无花粉、花粉败育、雄蕊萎缩、雄蕊部分败育等类型。不同基因型的百合产生雄性不育变异类型有差异。从不定芽植株的突变率考虑 ,pollyana辐射诱发变异的适合剂量是 1～ 2Gy,王百合 (LiliumregaleWilson)及Romano的合适剂量是 1～ 3Gy。     

Synthesis and characterization of N-acylaniline derivatives as potential chemical hybridizing agents (CHAs) for wheat (Triticum aestivum L.)

Induction of male sterility by deployment of chemical hybridizing agents (CHAs) are important in heterosis breeding of self-pollinated crops like wheat, wherein the male and female organs are in the same flower. Taking a lead from the earlier work on rice, a total of 25 N-acylanilines comprising of malonanilates, acetoacetanilides, and acetanilides (including halogenated acetanilides) were synthesized and screened as CHAs on three genotypes of wheat, viz., PBW 343, HD 2046, and HD 2733 at 1500 ppm in the winter of 2001-2002. The N-acylanilines containing variations at the acyl and aromatic domain were synthesized by condensation of substituted anilines with appropriate diesters, acid chlorides, or monoesters. The test compounds with highly electronegative groups such as F/Br at the para position of the aryl ring were identified as the most potent CHAs, causing higher induction of male sterility. A variation of N-substitution at the side chain generally furnished analogues like 4'-fluoroacetoacetanilide (7) and ethyl 4'-fluoromalonanilate (1), which induced 89.12 and 84.66% male sterility, respectively, in PBW 343. Among halogenated acetanilides, the increasing number of chlorine atoms in the side chain led to an increase in the activity of 4'-fluoro (23) and 4'-bromo (24) derivatives of trichoroacetanilides, which induced >87% male sterility. Quantitative structure-activity relationship (QSAR) models indicated the positive contributions of the field effect exemplified by the Swain-Lupton constant (Fp) and negative contributions of the Swain-Lupton resonance constant (R) for the aromatic substitution. The positive influences of parachor (P) for the acyl domain have been underlined. These leads will be significant in explaining the CHA fit in the macromolecular receptor site. The CHAs appeared to act by causing an imbalance in the acid-base equilibrium in pollen mother cells resulting in dissolution of the callose wall by premature callase secretion.     

少核沙田柚的辐射选育研究

用6 0 Coγ射线处理沙田柚休眠接穗 ,选育出优良变异枝系 95 7 2。该变异枝系平均单果种子数为 1 0 2粒 ,单果重为 1 1 50g,丰产性和果实其它品质特性基本上保持沙田柚的优良特性。对该变异枝系的花粉育性和染色体行为观察结果表明 :辐射诱发染色体变异 ,分裂不正常 ,导致花粉和胚胎败育 ,产生二倍体水平的无核突变。     

两系小麦不育系BNS雄性育性的转换

于2006-2009年在湖南长沙采用分期播种方法以两系小麦不育系BNS和对照百农矮抗58、农大211、农大3688和杨麦13为试验材料,研究了BNS雄性育性在南方生态区域的转换规律。结果表明:随播种期的推迟,BNS雄性育性表现为完全败育→高度不育→部分可育→完全可育的育性转换规律;雄性完全败育阶段以花粉典型败育为主;3月中、下旬开花阶段,花粉完全败育;4月上旬开花阶段,雄性育性发生转变,4月中旬开花阶段,花粉可育。雄性育性的转换伴随着开花习性发生转换。     

多效唑对旱地小麦一些生理、生育特性及产量的影响

采用田间试验研究了两种密度条件下不同时期和不同浓度多效唑以及多效唑+GA3对旱地小麦一些生育、生理特性及产量影响。结果表明,多效唑显著增加了小麦分蘖数,降低了株高和叶面积,降低程度随浓度提高和次数增加而更显著;GA3减轻了多效唑的抑制作用。多效唑对越冬期叶绿素含量无影响,但提高了拔节期的含量;抑制了越冬期硝酸还原酶活性,而对拔节期硝酸还原酶活性、铵、硝态氮含量及总量无效果。三叶期喷施多效唑,同时在拔节期喷施多效唑+GA3增加了收获穗数,减少穗粒数,保持和提高了粒重,增产5.8％。多效唑的效果因喷施时期和密度而不同,可能与水肥条件的差异有关。