一个与小麦雄性不育育性转换相关的MADS-box转录因子基因

为了揭示YS型小麦温敏雄性不育育性转换的基础, 构建了该类型不育系A3017的不育和可育幼穗正、反杂交的两个SSH-cDNA文库。经文库比较, 在不育文库中筛选出一个与MADS-box基因同源的EST序列(GenBank登录号: 36925702)。以该EST序列的同源性比对和拼接结果为依据, 设计引物对该基因在可育和不育幼穗中的表达进行了RT-PCR分析, 结果表明, 该基因在不育幼穗中表达量较高, 可育幼穗中表达量很低。对不育幼穗中扩增出的cDNA片段进行克隆测序, 获得了666 bp的cDNA序列。序列分析表明, 该片段编码160个氨基酸, 具有MADS-box转录因子的典型结构域K-box, 被定名为TaMS-MADSbox, 与一个小麦MADS box转录因子基因WAG的氨基酸序列的相似性为94%。进一步以3种不同类型的小麦雄性不育系和保持系的幼穗cDNA为材料, 利用半定量RT-PCR对该基因的表达模式分析发现也存在类似差异, 该基因在不育系幼穗中表达量较高, 而保持系幼穗中表达量较低。以上分析表明, 该MADS-box转录因子基因的表达与小麦雄性不育系的育性转化相关, 表达量高时表现雄性不育, 表达量低时表现雄性可育。     

两种不同类型K型细胞质不育系的初步研究

为促进YS型小麦温敏不育系的研究利用,分别从细胞学、单倍体发生频率和剪穗后自交结实率三方面对1B/1R类型小麦雄性不育系K3314A和YS型小麦温敏雄性不育系(非1B/1R类型)A731、A732、A733进行了初步研究.结果表明,易位系k3314A的根尖细胞含有2个随体染色体,YS型温敏不育系A732含有4个随体染色体;1B/1R型不育系K3314A有较高的单倍体频率发生,而YS型温敏不育系A731、A732、A733极少有单倍体产生;正季分蘖穗两种类型材料均不结实,1B/1R型K3314A的再生分蘖穗仍不结实,而YS型温敏型不育系A731、A732、A733的再生分蘖穗出现了不同程度的自交结实现象,平均自交结实率分别为6.042 5%,17.355%和10.525%,表明1B/1R型不育系K3314A为稳定的非敏感型不育系,YS型不育系A731、A732、A733在一定的条件下可发生育性转换由不育转换为可育,再生分蘖孕穗期(5月下旬)较正季分蘖孕穗期(4月下旬)的主要气象因子日长和气温均明显增加,说明YS型不育系A731、A732、A733的育性转换主要是由温光条件的明显改变而引起的,因而他们具有温光敏感特性.这些研究为选育优良温敏不育系,促进YS型温敏不育系在两系杂交小麦生产体系中的应用提供了依据.     

黏类小麦细胞质雄性不育相关基因cMDH的克隆与表达分析

为深入研究黏类小麦雄性不育的分子遗传机制,利用抑制差减杂交技术构建了黏类小麦育性相关基因的二核期SSH文库.经文库筛选后,得到一个在可育文库中表达的与胞质苹果酸脱氢酶基因同源的EST序列.以该EST序列为信息探针,经电子克隆、RT-PCR、PCR克隆与序列分析,获得了小麦胞质苹果酸脱氢酶(cytosolic malate dehydrogenases,cMDH)基因的cDNA与DNA序列,利用荧光定量PCR技术对该基因在不育株和可育株花药中的表达进行了分析,并比较了MDH在小麦不育株和可育株中的活性变化.结果表明,该基因的cDNA序列长1213 bp,编码333个氨基酸;DNA序列长2 908 bp,含有7个外显子和6个内含子;该基因在不育株和可育株花药发育3个时期(单核、二核和三核)的表达均表现为先升后降的模式,而且该基因在不育株花药发育的二核期和三核期的表达相对于可育株被明显抑制;MDH在小麦不育株和可育株中的活性变化趋势与定量结果一致.推测该基因在花粉发育早期表达,它的下调表达可能影响了小麦雄蕊发育过程中的能量供应而导致雄性不育.     

小麦K-型细胞质雄性不育系COI1基因的克隆与表达分析

COI1(coronatine-insensitive 1)基因是茉莉素信号传导中起关键作用的基因,与植物的抗病性、花粉育性密切相关。为探讨COI1与小麦K型细胞质雄性不育性之间的关系,本研究从小麦K型细胞质雄性不育系豫麦3号中同源克隆得到COI1基因的三个拷贝。该基因大小为2.8 kb,开放阅读框为1 761 bp,编码586个氨基酸残基的蛋白,含有COI1蛋白典型的F-box和LRR保守结构域。进化分析结果表明COI1基因的三个拷贝分别与来自小麦祖先种乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草和粗山羊草、大麦以及短柄草的COI1亲缘关系较近,而与拟南芥、大豆、黄瓜等的COI1亲缘关系较远。利用中国春缺体四体系统进行染色体定位分析,发现它们分别定位于小麦4A、4B、4D染色体上。对COI1基因在小麦品种中国春的根、茎、叶和幼穗中的表达模式分析发现三个拷贝呈组成型表达,但幼穗中Ta COI1A的表达量明显高于Ta COI1B和Ta COI1D。在不育系、保持系和F1代不同发育时期的花药中,COI1基因的三个拷贝在不育系单核期花药的表达量明显高于保持系,在二核期至三核期(不育系花粉败育的关键时期),Ta COI1B和Ta COI1D在不育系和保持系中的表达趋势一致,而Ta COI1A在不育系中的表达呈上调趋势,在保持系和F1代中的表达呈下调趋势,说明Ta COI1A基因在不育系和可育系(保持系和F1代)花药中的表达有明显差异,可能跟不育系的花粉败育有关。     

甜菜细胞质雄性不育相关基因的克隆表达及CMS的相关性研究

已有的研究表明,线粒体atpA基因和orf187片段与作物雄性不育关系密切。为了研究atpA基因和orf187片段与甜菜细胞质雄性不育之间的关系,采用同源序列法分离克隆了甜菜体内atpA和orf187序列;序列分析揭示这2个片段序列在不育系和相应保持系间存在差异,进一步利用半定量RT-PCR和Real-time PCR技术分析了两系的atpA基因和orf187片段的表达情况。结果表明,与保持系相比,atpA在不育系中发生了碱基的置换及插入;orf187在不育系中缺失6个碱基,而在保持系中多了6 bp的重复序列;基因表达分析也显示,不育系atpA在花蕾发育的前2个时期表达量明显低于相应的保持系,而在大花蕾期其表达量又高于相应的保持系;orf187在不育系小花蕾时期表达量明显高于相应的保持系,随着花蕾的发育,该序列在不育系中的表达逐渐减弱并明显低于对应保持系中的表达量。推测atpA和orf187的结构变异及异常表达与甜菜细胞质雄性不育有着密切关系。     

黏类小麦育性相关基因SSH文库的构建

为了深入研究黏类小麦雄性不育的分子遗传机制, 利用抑制差减杂交技术构建了黏类小麦育性相关基因的cDNA文库。文库质量检测表明, 差减杂交效率较高, 质量较好。在不育和可育cDNA文库中随机挑选120个阳性克隆进行测序, 获得100余条高质量的表达序列标签(EST)。对序列进行BLAST比对及功能注释, 比较了不育和可育cDNA文库的基因表达谱, 发现在可育cDNA文库中参与能量代谢的基因出现频率较高, 在不育cDNA文库中检测到了与花发育调控相关的MADS-box转录因子、细胞凋亡相关的泛素结合酶及阻遏淀粉合成的腺苷二磷酸葡萄糖磷酸化酶等相关基因。这些基因很可能与育性相关。     

胡萝卜atp8基因的克隆表达及细胞质雄性不育的相关性研究

摘 要：线粒体基因重组而形成的异常开放阅读框的表达导致了植物的细胞质雄性不育现象,在这种现象的研究中具有重要的意义。本研究分离克隆了胡萝卜细胞质雄性不育相关的线粒体基因片段,并利用半定量RT-PCR和Real-time PCR技术研究了该基因在不育系和相应保持系中的表达情况。结果表明,与不育系相比,胡萝卜保持系atp8基因序列在30 bp-170 bp之间核苷酸突变很多,且在154 bp-162 bp发生了缺失。Blast分析发现保持系atp8基因与胡萝卜nad6基因的同源性高达100%。表达分析表明,atp8基因在不育系花蕾的前五个时期表达量都明显低于相应的保持系,而在盛花期的表达量与保持系趋于一致。推测atp8基因的异常表达与胡萝卜细胞质雄性不育有着密切关系。     

小麦光温敏雄性不育遗传研究进展

小麦光温敏雄性不育系的发现,开辟了两系法利用小麦杂种优势的新途径。由于小麦光温敏雄性不育性是一种典型的生态敏感型遗传现象,其遗传行为既受内部基因控制,又受外部光、温等环境因子的调节,遗传机制非常复杂。因此,加强小麦光温敏不育系遗传机制的研究,明确光温敏雄性不育基因控制的方式,将为光温敏不育系的选育、鉴定,以及充分利用两系杂交小麦的杂种优势提供重要的理论依据。本文对小麦光温敏雄性不育类型与理论、不育性遗传机制和分子生物学的研究及不育系的选育进行了综述,并探讨了该领域的研究前景。     

隐性长穗颈光温敏核不育水稻花粉育性与抽穗性状的相关性研究

雄性不育水稻包颈是影响杂交种子生产的重要因素。隐性长穗颈（eui）基因具有减轻或完全解除雄性不育水稻包颈的作用。但不同播期的具隐性长穗颈基因的光温敏核不育水稻包颈程度变化较大,为了揭示影响这类不育系包颈程度变化的原因,本文以隐性长穗颈光温敏核不育水稻为材料,分析了花粉育性与穗颈节伸出剑叶叶鞘长度的关系     

小麦K、V型细胞质雄性不育系线粒体基因的比较分析

细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,MS)是高等植物中普遍存在的一种母性遗传现象,跟线粒体基因密切相关。小麦K型和V型细胞质雄性不育性是由于粘果山羊草和偏凸山羊草或易变山羊草的细胞质导入普通小麦中产生的,被认为是最有利用潜力的小麦不育种质,但是其不育性产生的机理还不清楚。本研究在已知小麦K型细胞质雄性不育系和保持系线粒体基因组序列的基础上,比较分析了K型,V型不育系和保持系中33个线粒体基因和22个开放阅读框(open reading frame,orf;K型不育系特有的,被认为是K型不育系的不育候选基因)。结果表明,线粒体基因中除atp6、nad6和rps3在保持系和不育系之间有较大差异外,其它基因在保持系和不育系中都是高度保守的,其一致性达98%以上,atp6和nad6在两个不育系中也是高度一致的;22个orf中只有orf249在K型和V型不育系之间具有一定差异,其余的orf高度一致,说明小麦K型和V型不育系的线粒体基因是高度保守的,推测二者可能具有相似的不育基因或不育机理。研究结果为小麦K型和V型不育系在杂交育种中的利用奠定了一定的理论基础。     

小麦雄性不育系中TaPDC-E1a及其调节酶基因的表达特征

为进一步研究杀雄剂SQ-1诱导小麦雄性不育的机制,采用电子克隆的方法分离TaPDC-E1a基因,并利用半定量RT-PCR技术分析该基因及其调节酶基因PDK和PDP的表达特性。结果表明,TaPDC-E1a基因编码388个氨基酸,具有TPP保守结构域,可能存在2个丝氨酸磷酸化位点;与可育系相比,TaPDC-E1a基因在生理型不育系和遗传型不育系中表达下调;PDK基因在生理型不育系中表达下调,而在遗传型不育系中表达上调;PDP基因在可育系及不育系中的表达趋势无明显变化。表明经杀雄剂SQ-1诱导形成的生理型不育系在败育过程中其能量代谢途径更容易受到影响,推测对PDK基因进行调节的上游信号机制在小麦生理型不育系与遗传型不育系中可能不一致。     

温敏型雄性不育亚麻的研究

通过在自然条件下对亚麻雄性不育材料的特征特性和不育性表现的研究表明, 该不育材料农艺性状优良, 雄性不育特征明显. 温度对不育性有重要影响, 一定温度范围内, 高温能使育性提高, 结果率和结实率增加, 低温使育性下降, 结果率和结实率下降, 同时还发现不同材料对温度的敏感程度不同, 通过对杂交后代育性分离的分析, 表明几     

温敏核不育小麦可育和不育花药的细胞化学观察

温敏核不育小麦BNS可育花药发育中,脂类物质一直很少。在小孢子分裂前,花药中的淀粉粒也不多。小孢子分裂形成二胞花粉后,伴随着营养细胞中大液泡的消失和细胞质内含物的增加,细胞质中出现淀粉粒并持续增加。即将开花的成熟花粉中积累大量淀粉粒,是其营养物质积累特征。不育花药在小孢子分裂以前与可育花药相似,小孢子未显示结构差异。小孢子分裂形成二胞花粉后,不育花粉营养细胞中的大液泡不消失,细胞质内含物也不持续增加,淀粉粒的积累终止,最终导致其没有内含物的积累。这种淀粉代谢的异常与花粉败育有关。     

水稻质核互作雄性不育系选育的反向杂交法研究

不同的部分保持系可能存在不同的微效恢复基因,通过有性杂交,产生基因重组,能够获得完全保持系类型,但只有在不育细胞质中才能观察得到微效恢复基因是否存在以及它们的作用大小.反向杂交法以不育细胞质为选择背景,在杂交后代植株中直接观察到微效恢复基因的表达,获得的完全不育株,在一定程度上排除微效恢复基因,不育株再通过高温处理转换为可育后自交,来自不育株的微效恢复基因可以进一步排除掉,从而产生出没有(或很少)微效恢复基因的"亲本",利用该"亲本"高温处理后仍可转换为可育的特性,作为父本进行杂交或回交育种,在其后代中获得没有微效恢复基因的完全保持系.该研究为Cp 26不育细胞质源创造出了完全保持系.如果在田间鉴定出优异的完全不育株,对其进行单倍体育种(诱导孤雌生殖或花培),选择到没有(或很少)微效恢复基因的纯合不育株.再对其进行花培,筛选可育的突变体;或者利用纯合不育株的原生质体与一个已破坏细胞核的可育系原生质体融合,都可能得到具有纯合不育株细胞核和可育细胞质的保持系,而能够完善和改进反向杂交法.反向杂交法不但能够为所谓不能保持的不育细胞质源创造出保持系,而且有利于加强新不育系选育的目标性和预见性,提高不育系配合力和培育不同类型优异不育系.     

小麦BNS雄性不育系及其转换系花药差异蛋白鉴定与分析

BNS是一个新发现的温敏核型小麦雄性不育系, 它有良好的不育性和转换性, 被认为在小麦杂种优势利用上有重要价值。为探讨BNS的不育机制, 以不育系及其转换系的单核早期、单核晚期到二核期花药为材料, 用2-DE和MALDI-TOF-MS方法分离鉴定2个系的差异蛋白。结果发现, 在转换系中, ATP合酶α和β亚基、胞质苹果酸脱氢酶、线粒体醛脱氢酶亚基、Rubisco亚基等呼吸、光合能量代谢蛋白表达丰富, 但在不育系中这些蛋白缺失或下调。在不育系中还分离出山梨醇脱氢酶、组蛋白H2B.2、Harpin诱导子1、延伸因子TU等非小麦正常代谢蛋白。根据这些差异蛋白的功能, 推测ATP合酶α、β亚基蛋白最可能是BNS不育的源头蛋白, 它的表达可能受其上游的温度感应子调控。BNS的温度感应子隐性突变后转录启动温度阈值上调, 在较低温下, α、β亚基基因不表达或表达量小, 导致ATP合酶数量减少, 继而影响ATP合成。ATP数量减少, 使小孢子ATP供应短缺, 进一步影响到小孢子的发育, 使代谢异常, 花粉败育。     

萍乡核不育水稻的新恢复系及遗传分析

在构建萍乡核不育水稻显性核不育基因定位群体时,我们意外发现一些前人报道的保持系表现出恢复性,为此本试验对这几个品系与萍乡核不育水稻杂交后代育性分离做了系统的分析。结果表明,萍乡核不育水稻不育单株与可育单株杂交F₁代的不育株与可育株按1∶1分离,高温自交后代不育株与可育株按3∶1分离。萍乡核不育水稻不育单株分别与桂99、特青和9311BB23杂交,它们的F₁代均可育,表现恢复性。由F₁代产生的F_1:2家系中出现全可育群体和育性分离群体的比例为1∶1。其中育性分离群体中不育株与可育株按3∶13进行分离。从育性分离的F_1:2家系中的可育株自交产生的F_2:3家系出现全可育群体和育性分离群体的比例为7∶6。这些分离规律表明,桂99、特青和9311BB23具有恢复基因,并对萍乡核不育水稻的显性核不育基因表现出显性上位作用,能抑制显性不育基因的表达,从而使不育性转变为可育。     

Discovery of new male-sterile cytoplasm sources and development of a new cytoplasmic-nuclear male-sterile line NJCMS3A in soybean

Most of the cytoplasmic-nuclear male-sterile (CMS) lines of soybean were developed only from a limited cytoplasm sources and performed not as good as required in hybrid seed production, therefore, to explore new male-sterile cytoplasm sources should be one of the effective ways to improve the pollination and hybridization for a better pod-set in utilization of heterosis of soybeans. In the present study, total 80 crosses between 70 cultivated and annual wild soybean accessions and three maintainers (N2899, N21249, and N23998) of NJCMS1A were made for detecting potential new sources with male-sterile cytoplasm. The results showed that in addition to the crosses with N8855.1 (the cytoplasm donor parent of NJCMS1A) and its derived line NG99-893 as cytoplasm parent, there appeared three crosses, including N21566 × N21249 and N23168 × N21249, with male-sterile plants in their progenies. According to the male fertility performance of backcrosses and reciprocal crosses with the tester N21249, the landrace N21566 and annual wild soybean accession N23168 were further confirmed to have male-sterile cytoplasm. Accordingly, it was understood that the source with male-sterile cytoplasm in soybean gene pool might be not occasional. The results also showed that the genetic system of male sterility of the newly found cytoplasm source N21566 was different from the old cytoplasm source N8855.1, while N23168 was to be further studied. Based on the above results, the derived male-sterile plants from [(N21566 × N21249) F₁ × N21249] BC₁F₁ were back-crossed with the recurrent parent N21249 for five successive times, and a new CMS line and its maintainer line, designated as NJCMS3A and NJCMS3B, respectively, were obtained. NJCMS3A had normal female fertility and stable male sterility. Its microspore abortion was mainly at middle uninucleate stage, earlier than that of NJCMS1A and NJCMS2A. The male fertility of F₁s between NJCMS3A and 20 pollen parents showed that 7 accessions could restore its male fertility and other 13 could maintain its male sterility. The male sterility of NJCMS3A and its restoration were controlled by one pair of gametophyte male-sterile gene according to male fertility segregation of crosses between NJCMS3A and three restorers. The nuclear gene(s) of male sterility in NJCMS3A appeared different from the previously reported CMS lines, NJCMS1A and NJCMS2A. The development of NJCMS3A demonstrated the feasibility to discover new CMS system through choosing maintainers with suitable nuclear background.     

不同世代太谷核不育小麦对花药成株的影响

通过对太谷核不育小麦杂交一代可育株和不育株,及二、三、四代可育株花药的离体培养,结果表明:1.不育株花药培养能够获得植株再生;2.杂交一代的可育株花药出愈率最高,绿苗分化率亦最高;3.基因型对花药出愈率和绿苗分化率有明显的影响.