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。     

甘蓝型油菜NCa细胞质雄性不育系统花药败育前期的基因差异表达

采用cDNA-AFLP技术研究了甘蓝型油菜NCa不育系、保持系和可育F1花药败育前期的基因差异表达谱。用224对引物对不育系、保持系及育性恢复F₁等3个材料的cDNA进行AFLP分析。回收、克隆可能与花药育性有关的差异条带,筛除假阳性,获得41条阳性差异条带（TDFs）;经测序、同源比对、功能预测,归并为35个非重复的TDFs。大多数TDFs在甘蓝型油菜中属首次报道。将已知功能的28个TDFs按其推测功能分为2大类10小类,82%的TDFs与细胞形态建成和降解、蛋白质合成、加工和转运、能量代谢、信号传导有关;基本涵盖花药发育相关的关键代谢过程。对其中7个TDFs基因进行了RT-PCR分析。结果表明,果胶甲酯酶基因和氨基酸通透酶基因都在不育系花蕾中大量表达,果胶甲酯酶基因在不育系叶片、保持系的花蕾、叶片中都没有检测到;而氨基酸通透酶基因有微量表达。驱动蛋白和乙醛脱氢酶主要在保持系花蕾中大量表达,而在不育系花蕾、叶片以及保持系叶片中都只有微量表达。玉米黄素环氧化酶（ZEP）和单脱氧抗坏血酸还原酶则在保持系花蕾、叶片和不育系叶片中大量表达,而在不育系花蕾中微量表达。花粉油体蛋白在不育系和保持系的花蕾中都有表达,不过保持系花蕾中的表达量约2倍于不育系花蕾;但是在两者的叶片组织中都没有检测到。本试验获得的差异表达基因对于了解油菜花药育性形成的调控机制提供了重要的分子信息。     

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。     

大豆质核互作雄性不育系W931A及其保持系的差异蛋白质组学比较分析

采用SDS—PAGE与LC—MS／MS联用方法．对大豆质核互作雄性不育系W931A及其同型保持系W931B不同器官的蛋白质组进行比较性研究．结果发现不育系W931A与其保持系W931B种子和苗期叶片的蛋白质SDS—PAGE电泳图谱基本没有差异带．二胞花粉期花药SDS-PAGE图谱间有3条差异带。雄性不育基因表达具有时空和器官特异性,与育性有关的蛋白主要在花药中表达。对差异表达的蛋白如ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、NBS—LRR疾病抵抗蛋白质的同源物、ATP合成酶b亚基、硫氧还蛋白过氧化物酶、类锌脂蛋白等进行功能分析．推测不育系W931A的雄性不育可能与淀粉合成受抑制、能量代谢紊乱和细胞凋亡有关。     

哈克尼西棉细胞质陆地棉雄性不育系orf160的克隆及遗传转化

以哈克尼西棉细胞质陆地棉雄性不育系及其保持系、恢复系为材料,克隆并测序线粒体功能基因的侧翼序列。通过生物信息学分析,在atp4下游发现一个哈克尼西棉细胞质不育系特有的orf160。orf160全长480 bp,N端与atp6序列部分同源,C端序列与核序列部分同源;编码的159个氨基酸序列,与膜蛋白、细胞周期蛋白具有部分同源性。以含有线粒体导肽的GFP瞬时表达载体转化后,在洋葱表皮的细胞膜上观察到绿色荧光,表明线粒体定向载体正常表达。构建酵母和植物表达载体,分别转化酵母、烟草和拟南芥;同对照相比,转基因酵母菌斑畸形且生长缓慢;转基因拟南芥和烟草种子大部分畸形,T₁和T₂代植株的结实率和种子发芽率降低,花粉着色比野生型浅。结果表明,orf160基因的表达影响受体正常发育。     

大白菜新型细胞质雄性不育生理生化机制的研究

以大白菜新型细胞质雄性不育系及其保持系为材料,对花蕾发育全过程中氨基酸、可溶性糖、蛋白质含量及同工酶谱带进行了动态比较研究。结果表明:不育系花药中可溶性糖、可溶性蛋白质含量低于其相应的保持系;其游离氨基酸总量和保持系无明显差异,但不育系的脯氨酸含量显著低于其相应的保持系;不育系花药中MDH,AAT,EST,POD,COD和PPO同工酶谱带与保持系相比存在明显差异。认为不育系花药中结构物质、营养物质、能量物质的亏损,同工酶表达的差异与小孢子败育密切相关。     

大豆质核互作雄性不育系W931A及其保持系种子和花药的蛋白质组初步研究

目的:对大豆质核互作雄性不育系W 931 A及其同型保持系W 931 B的种子和花药蛋白质组进行比较性研究,探讨大豆质核互作雄性不育发生的机理.方法:本研究采用SDS-PAGE与LC-MS/MS联用方法.结果:发现不育系W 931 A与其保持系W 931 B种子的蛋白质SDS-PAGE电泳图谱基本没有差异带,二胞花粉期花药SDS-PAGE图谱间有3条差异带.结论:雄性不育基因表达具有时空和器官特异性,与育性有关的蛋白主要在花药中表达.对差异表达的蛋白如ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、NBS-LRR疾病抵抗蛋白质的同源物、ATP合成酶b亚基、硫氧还蛋白过氧化物酶、类锌指蛋白等进行功能分析,推测不育系W 931 A的雄性不育可能与淀粉合成受抑制,能量代谢紊乱和细胞凋亡有关.     

甜菜雄性不育系及其保持系花蕾期差异蛋白分析

甜菜是重要的糖料作物之一,利用雄性不育系配制杂交种是甜菜育种的主要途径。为探索甜菜雄性不育形成机理,本研究以甜菜不育系(N9849)和保持系(960766)的现蕾期花蕾为试材,采用双向电泳、质谱鉴定、生物信息学分析方法,进行差异蛋白质组学研究。结果表明:不育系和保持系间差异表达蛋白21个,涉及8个功能类别,其中胁迫响应、碳水化合物代谢、花粉发育等功能类别所占比例较大。谷胱甘肽-S-转移酶、过氧化氢酶等在不育系中显著低表达,活性氧的清除能力弱,酶保护系统遭到破坏,代谢紊乱,可能导致了花粉败育;蔗糖合酶在不育系中表达量较低,碳水化合物代谢强度低,能量代谢匮乏促进了花粉不育的发生;Ⅲ型聚酮合酶A在保持系中显著高表达,可能是保持系维持育性的重要原因。本研究为解析甜菜雄性不育机理提供科学依据。     

白菜型冬油菜温敏不育系PK3-12S育性转换的差异蛋白质组学分析

为揭示温敏不育系PK3-12S育性转换机制,本研究以白菜型冬油菜温敏不育系PK3-12花药为材料,采用2-DE和LC-MS/MS质谱鉴定等差异蛋白组学方法,分离鉴定了PK3-12在不育/可育条件下花药差异表达蛋白质,并对差异表达蛋白进行了生物信息学分析;进而采用RT-PCR检测了PK3-12在不育/可育条件下花蕾发育进程中差异蛋白编码基因表达量变化。结果表明,高温不育条件下, PK3-12花药形态瘪小,药室有少量败育花粉,育性转换受1对隐性基因控制,表达变化量在2倍以上差异蛋白质点31个,其中增量表达蛋白质点6个,减量表达蛋白质点11个,表达完全抑制蛋白点12个,不育花药特异表达蛋白点2个。质谱鉴定出15个差异蛋白质,参与信号转导通路、二羧基乙醛酸代谢、糖酵解代谢、次生合成代谢、氨基酸生物合成、分支酸生物合成、碳代谢途径等细胞过程。Rubisco亚基连接蛋白编码基因BrrbcL开放读码框(open reading frame, ORF)长度为1095 bp,编码364个氨基酸;与可育花蕾相比,发育进程中不育花蕾BrrbcL基因、膜联蛋白基因(ANN)、BetVI过敏原家族基因(BetVI)表达明显下调,表明上述基因可能参与了温敏不育系PK3-12S育性的转换。     

大豆质核互作雄性不育系W931A及其保持系的差异蛋白质组学比较分析

采取SDS-PAGE与LC-MS/MS联用方法,对大豆质核互作雄性不育系W931A及其同型保持系W931B不同器官的蛋白质组进行比较性研究,获得差异蛋白质组的重要信息,并初步分析差异蛋白的主要功能,以期找到与大豆不育性有关的蛋白质,揭示雄性不育发生机理.研究发现,不育系W931A与其保持系W931 B种子和苗期叶片的蛋白质SDS-PAGE电泳图谱基本没有差异带,二胞花粉期花药SDS-PAGE图谱间有3条差异带.雄性不育基因表达具有时空和器官特异性,与育性有关的蛋白主要在花药中表达.对差异表达的蛋白如ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、NBS-LRR疾病抵抗蛋白质的同源物、ATP合成酶b亚基、硫氧还蛋白过氧化物酶、类锌指蛋白等进行功能分析,推测不育系W931A的雄性不育可能与淀粉合成受抑制,能量代谢紊乱和细胞凋亡有关.     

大白菜育性相关基因BRLSP-55的获得与验证

雄性不育的利用是大白菜制种的重要手段,获得大量育性相关基因可为了解大白菜雄性不育分子机制提供线索。采用cDNA-AFLP技术寻找差异条带,利用RT-PCR经序列比对并推测其功能。利用cDNA-AFLP方法从大白菜雄性不育两用系“AB01”的不育和可育花蕾中找到一个仅在可育花蕾中表达,而在不育花蕾中不表达的差异片段;经测序分析表明所得序列大小为351 bp,将其命名为BRLSP-55;并通过RT-PCR方法得到了验证;经序列比对初步判定该基因与拟南芥硫堇蛋白(Thionin Protein)的亲缘关系较近,所获得育性相关基因BRLSP-55可能为一种硫堇蛋白,在大白菜雄性不育机制中可能起重要作用。     

洋葱胞质雄性不育系及其保持系花蕾内源激素含量和脯氨酸含量的动态变化特征

以洋葱胞质雄性不育系63A及其同核异质保持系63B为试材,研究了花蕾发育过程中IAA、GA3、ZR、ABA含量以及脯氨酸含量的动态变化规律,探讨洋葱不育性与内源激素、脯氨酸含量的关系。结果显示,洋葱不育系花蕾的IAA、GA3、ZR和脯氨酸含量在败育过程中显著低于保持系,而ABA含量则较保持系有不同程度的盈积。且在花药的发育过程中,二者的差异主要发生在单核期,即不育系小孢子败育的主要时期。据此认为,IAA、GA3、ZR、ABA和脯氨酸含量的异常与洋葱雄性不育的发生有关。     

白菜PHD-finger转录因子家族的鉴定及进化分析

PHD-finger是一类广泛存在于真核生物中,在种子发芽、育性调节、逆境胁迫等过程中发挥重要调控作用的锌指蛋白。本研究从白菜(Brassica rapa L.)全基因组中鉴定出33个PHD-finger基因,分布于9条染色体上,但不同PHD-finger基因序列结构差异较大。6个物种72个PHD-finger转录因子的系统进化分析显示有5个亚家族分枝。基于RNA-seq数据的表达分析表明,白菜PHD-finger基因在花蕾中表达量最高,但其在不育、可育花蕾中表达有差异。白菜BrPHD08、BrPHD25、BrPHD30分别与拟南芥花粉发育相关的MMD1、SHL、MS1基因直系同源,且3个基因在不育、可育花蕾中表达差异极大,推测这3个基因可能与白菜花粉发育相关。本研究为白菜PHD-finger转录因子相关基因功能研究提供生物信息学方向,为白菜花粉发育相关基因的克隆和功能研究提供理论依据。     

抗丝黑穗病、抗败育高粱A_2细胞质雄性不育系A_2Sx3197的选育

A1Tx3197曾经是我国广泛应用的高粱细胞质雄性不育系,20世纪70年代末,由于高粱丝黑穗病病菌生理小种分化,该不育系以及用其配制的杂交种逐渐失去了对高粱丝黑穗病菌的抗性。同时该不育系小花败育日渐严重,制种产量极低,甚至造成绝收。为了改良A1Tx3197的抗病性及抗败育性,本研究利用A2保持系在A1位点含有A1育性恢复基因MS1MS1和在A1细胞质背景下表现恢复的特点,以不育系A1Tx3197为轮回亲本,以含有抗丝黑穗病、抗败育基因的BV4为供体,通过杂交和多代回交,得到含有双抗基因的A2类型细胞质雄性不育的保持系BSx3197(MS1ms1ms2ms2),在该材料自交的同时,用其对A2细胞质雄性不育系进行细胞核代换,经过多代回交和自交,最终育成了抗丝黑穗病、抗败育的A2细胞质雄性不育系A2Sx3197和保持系BSx3197(MS1MS1ms2ms2)。结果表明,新选育的不育系A2Sx3197在A1和A5细胞质背景下表现恢复,在A2、A3、A4、A6和9E细胞质背景下表现不育,丝黑穗平均发病率为0～0.8%,败育率为0～8.4%,抗丝黑穗病性、抗败育性明显优于被改良不育系,接近或达到抗源供体BV4水平;而在抽穗期、株高、穗长、穗宽、千粒重、穗粒重、粒色、壳色、穗形、穗型等主要性状方面与A1Tx3197差异不显著。     

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。     

细胞质雄性不育棉花线粒体蛋白质和DNA的分析

以哈克尼西棉细胞质雄性不育系和保持系的花药及黄化苗为材料, 分别对线粒体蛋白质和DNA进行了SDS-PAGE、 RAPD和RFLP分析。 蛋白质SDS-PAGE分析表明, 在处于败育时期的不育系花药线粒体内缺少一种约31 kDa的多肽。 RAPD分析表明, 不育系与保持系的线粒体基因组之间存在着明显的差异。 以4个线粒体基因为探针进行的RFLP分     

小麦雄性不育育性转换相关基因TaG3BP的克隆与表达分析

为揭示YS型小麦温敏雄性不育的育性转换基础,以该类型不育系A3017不育幼穗和可育幼穗为材料构建正、反杂交SSH-cDNA文库,从可育文库中筛选出一个与G3BP(Ras-GTPase activating protein SH3 domain-binding protein)基因同源的EST序列(GenBank登录号为DY543200)。以该EST序列的同源性比对和拼接结果为依据设计引物,在可育幼穗中扩增出一条1230bp的cDNA序列。该片段含有与G3BP相似的由409个氨基酸组成的结构域,与水稻G3BP的氨基酸序列同源性为79%,被命名为TaG3BP(GenBank登录号为GU475149)。利用Real-time PCR检测TaG3BP基因在YS型小麦温敏雄性不育系花药发育各时期中的表达模式,发现该基因在育性转换的关键时期上调表达,且可育条件下的表达量高于同时期不育条件下的表达量。进一步对TaG3BP在3种不同类型的小麦K型雄性不育材料的不育系及其保持系的幼穗中的表达模式进行半定量RT-PCR分析,结果该基因在保持系幼穗中表达量较高,在不育系中表达量较低。表明该基因可能在其育性转换中具有重要作用。     

大葱雄性不育系及保持系atp6基因的克隆及表达分析

为进一步研究atp6基因与大葱细胞质雄性不育的关系,以章丘大葱不育系和保持系作为本研究的实验材料,利用同源克隆的方法获得大葱atp6基因序列,并对其在蛋白质二级结构和生长发育各时期atp6基因表达量进行了比较。结果表明:不育系与保持系atp6基因开放阅读框第171碱基处存在一个A/T多态性位点,这一多态性位点使蛋白质二级结构的比例发生了轻微变化,但并未改变ATP6蛋白跨膜结构。利用实时荧光定量聚合酶链反应检测atp6基因苗期、抽薹期、开花期以及开花后期在根系和叶/花蕾中的表达水平,结果表明:在植株整个发育过程中,根系atp6基因表达量表现出先升高后降低的趋势,在开花期达到最大值,保持系是不育系的1.14倍;叶/花atp6基因表达量在整个生育期逐渐降低,苗期最高,保持系是不育系的1.96倍。     

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。     

大白菜新型胞质雄性不育系及其保持系花药不同发育时期内源激素动态变化的研究

利用细胞质雄性不育系制种是生产白菜一代杂交种子最经济、有效的途径之一,植物内源激素在植物体内普遍存在,并在植物生长发育的各个阶段起着重要的调节作用。大量的研究结果表明,雄性不育系的营养器官或生殖器官中内源激素含量与保持系不同,雄性败育是花器官尤其是雄蕊中激素不平衡的结果。利用酶联免疫测定技术研究大白菜新型胞质雄性不育系及其保持系不同发育时期花药组织中IAA、GA3、ABA和ZR含量的动态变化,结果表明：在花药发育过程中,不育系花药组织中ABA、m、GA3和ZR含量及ZIVABA比值的变化均出现异常。在第3时期（花营长2．0-3．0mm）,不育系的IAA、GA3和zR含量显著低于保持系,ABA含量显著高于保持系,ZR／ABA比值低于保持系。这一时期正好是不育系小孢子明显败育的时期。由此认为,该时期不育系花药组织中激素含量的变化及平衡的破坏可能影响了小孢子的正常发育,引起小孢子败育,导致大白菜的雄性不育。