玉米C型胞质雄性不育恢复基因的定位研究

以玉米C 组群内两类不育胞质(ES、C)的三个不育系、两个恢复系,以及一套Wx 易位系为材料,对C 型胞质雄性不育的恢复基因进行了定位。结果表明,能使ES、C 胞质三个不育系的育性恢复的主效因子Rf_4位于第七染色体长臂端。除此之外,几个影响育性恢复的辅助因子(ElB73的Rf_5,Cms 黄早四的Rf_6、Rf_7)也被定位。     

玉米C型细胞质雄性不育花药不同发育时期的转录组分析

【目的】通过分析玉米C型胞质雄性不育“三系”材料花药不同发育时期的转录组数据,以期阐明玉米C型胞质的不育和恢复机制,并解析不育基因与恢复基因之间相互作用的调控网络,为玉米C型细胞质雄性不育在不育化制种中的利用提供理论依据。【方法】以中国玉米生产上的骨干自交系豫自87-1为背景的C型胞质不育系、保持系、恢复系为材料,通过对3种材料减数分裂的前期Ⅰ、中期Ⅰ及末期Ⅱ（四分体）时期的花药进行转录组测序并利用hisat2、ballgown及DESeq2等工具进行生物信息学分析,寻找三系花药不同时期、相同时期不同材料间以及发育时序中差异表达的基因,预测C型胞质不育机制与育性恢复的调控网络;同时通过实时定量PCR对测序分析结果进行验证;通过酶活测定验证推测的C型胞质不育及恢复假说。【结果】所有材料的转录组测序共产生156.59 Gb的序列数据,比对并组装共得到53 035个基因;在恢复系与不育系、保持系与不育系以及“三系”花药不同时期之间共筛选出非重复差异基因5 676个,其中发育阶段差异基因4 705个,同时期材料间差异基因2 693个,发育时序差异基因135个。GO分子功能分析显示ATP和DNA结合相关的基因和锌离子结合基因得到高度富集;细胞组分中膜基本组分、核内及质膜内的基因得到富集;以DNA为模板的转录、转录调控、氧化还原及初级代谢等生物学过程中的基因得到富集。KEGG分析表明,差异基因主要富集于氧化磷酸化、碳代谢及糖酵解等能量代谢相关的途径中。不育系相对保持系而言,多个与氧化磷酸化相关的基因下调表达,而恢复系中不但相应基因的表达水平得到恢复,而且同时协调调节了同一能量代谢途径中的其他基因,定量分析显示差异基因的表达差异及趋势与转录组测序结果基本一致。ATP酶活结果表明不育系相比保持系,ATP酶活显著降低,恢复系中由于恢复基因的作用其活性得到大幅恢复。【结论】玉米C型胞质不育基因引起基因表达变化可能发生在减数分裂中期Ⅰ之后,末期Ⅱ之前;玉米C型胞质不育的形成可能是由于不育基因引起的能量亏损所致,而恢复基因则通过能量补偿促使育性得以恢复。     

小麦K型（Ae.kotschi）雄性不育性育性恢复的遗传分析

该研究选用3个高恢复度K型小麦杂交种的F2群体、1个化杀杂交种F2群体、1个K型杂交种F2高恢复度株系及1个常规品种群体,以自交结实率作为育性判断标准,通过对分离群体的田间育性调查.对小麦K型不育系的育性恢复机理进行研究.结果表明:在三个K型胞质雄性不育的F2群体中,可育单株与不育单株的比例经卡方检验符合63:1的理论比例,因此可以推断小麦K型胞质雄性不育的恢复由3对主效恢复基因控制,并表现为孢子体不育类型.     

恢复的遗传分析

 该研究选用3个高恢复度K型小麦杂交种的F2群体、1个化杀杂交种F2群体、1个K型杂交种F3高恢复度株系及1个常规品种群体，以自交结实率作为育性判断标准，通过对分离群体的田间育性调查，对小麦K型不育系的育性恢复机理进行研究。结果表明：在三个K型胞质雄性不育的F2群体中，可育单株与不育单株的比例经卡方检验符合63：1的理论比例，因此可以推断小麦K型胞质雄性不育的恢复由3对主效恢复基因控制，并表现为孢子体不育类型。     

水稻广亲和恢复系H921对三种胞质雄性不育系恢复性的遗传

广亲和恢复系H921分别与野败不育系珍汕97A、矮败不育系协青早A及印尼水田谷胞质的不育系II-32A配置杂种F1,其BCF1代的育性分布证明H921的恢复性由两对恢复基因控制,但F2的育性分布与此有矛盾,分析表明广亲和基因S5^n对恢复基因的作用产生了影响,排除广亲和基因的作用后可以推测,H921对3种胞质的恢复性由两对恢复基因控制。     

甘蓝型油菜CMS不育系L160A的遗传分析

对新近选育的甘蓝型油菜CMS不育系L160A育性的遗传特点、L160A与pol细胞质不育系和陕2A不育系的关系以及L160A的恢复系L160R-1与恢复系L17C、湖南花叶恢、垦C1恢复基因的等位性进行了分析.结果表明,L160A不育性的遗传由一对隐性基因控制,同时受到其他微效基因的修饰;其恢保关系与pol细胞质不育系L17A、湘矮A和不育系陕2A是一致的.L160A的恢复系L160R-1与L17A的恢复系L17C和湘矮A的恢复系湖南花叶恢的恢复基因是等位的,而与陕2A的恢复系垦C1的恢复基因是否具有等位性,还有待于进一步从分子生物学的角度利用分子标记进行研究.     

玉米细胞质雄性不育分组鉴定研究

 用 3～ 6个不同的自交系分别作轮回父本 ,与S、T、C组细胞质雄性不育材料回交 8代以上 ,配成 14个同质异核不育系 ,再与具有不同恢复基因的 8个测验系配制不完全双列测交种 ,通过田间观察和花粉染色镜检 ,鉴定测交种的育性恢复情况。自凤 1不仅对用Mo17、玉 30、合二转育的C组同质异核不育系具有恢复性 ,而且对用Mo17、黄早四、1792、2 92和玉 30转育的T组同质异核不育系也可完全恢复。因此 ,把自凤 1用作区分C组与T组不育胞质的测验种 ,在有些情况下可能会受核背景条件影响。用BamHI、HindⅢ两种限制性内切酶和 pBcmH3、CoxⅡ两种线粒体cDNA探针 ,对 6个同核异质细胞质雄性不育系线粒体DNA进行RFLP分析。同属C组的C、川G、类 2和类 34个不育胞质具有相同的RFLP ,但S、C、T组及正常胞质的RFLP明显不同。     

大豆细胞质雄性不育恢复基因的SSR标记定位

利用组合不育系SXJLCMS1A×恢复系Z-119-99构建F_2育性分离群体,进行育性的遗传模式分析和恢复基因定位。结果表明,F_1群体全为可育株,F_2群体的可育株与半不育株经卡方测验符合1∶1的分离比例,说明该大豆细胞质雄性不育符合单基因配子体不育的遗传模式;利用F_2分离群体,采用445对大豆SSR引物对其恢复基因进行分子标记和定位,结果发现,该恢复基因与J连锁群的2个标记Satt674和Satt249连锁,距2个标记的遗传距离分别为8.7,9.6 c M。     

广谱强恢复系GR38对籼粳两类型不育系的恢复基因分析

GR38是自育的偏梗型广亲和性广谱强恢复系种质,为了解其对籼、粳两种类型不育系的恢复特性,发掘该恢复系的育性恢复基因,利用GR38分别与籼型不育系G46A和粳型不育系光A杂交的F2群体,应用集团分离分析方法和SSR标记对GR38的育性恢复基因进行鉴定和定位.结果在G46A/GR38的F2群体中检测到两个独立的育性恢复基因,分别位于第1染色体短臂上的SSR标记RM1331与RM3740之间以及第1染色体长臂上的SSR标记RM5310与RM486之间;在光A/GR38的F2群体中只检测到一个育性恢复基因,位于第1染色体短臂上的SSR标记RM3740与RM490之间.GR38对籼粳两种类型不育系的恢复基因既有共同亦有差别,对籼型不育系G46A的恢复性由两个基因控制,而对粳型不育系光A的恢复性只由一个基因控制,恢复基因均来自第一染色体,其中,位于第1染色体短臂上的恢复基因在籼粳背景下均起恢复作用,根据其在染色体上的位置,推测与Rf3等位.     

玉米骨干自交系对S型细胞质雄性不育系的育性恢复特点及基因分析

采用田间观察和室内显微镜观察、统计分析等方法 ,对具有玉米S型不育系细胞质的同质异核F1 组合、回交世代等 2 0个玉米群体植株的育性性状 (花药外露 ,花药开裂 ,花粉散出、花粉I2 -KI可染性等 )及与育性相关性状进行系统观察分析。结果表明 :玉米材料保持不育性与恢复育性的表现具有多样性 ,育性表现不一致是细胞核基因组差异引起的。统计分析表明 ,玉米S型不育系恢复育性的基因是由 1对主效基因和多个微效基因控制的 ,由于具有恢复育性功能的基因在不同的自交系中的组合方式不同 ,其植株育性表型具有明显的差异     

玉米重要农艺性状和产量性状插入突变体的筛选

通过对玉米C型胞质雄性不育的两个恢复系Cms-El 87-1(Rf4Rf4),Cms-C 6233(Rf5Rf5)与3个转座子材料杂交的F1群体进行田间鉴定,在74 549株的F1群体中找到表型明显的插入突变体329个,涉及到的性状有玉米C型胞质雄性不育的育性恢复、穗分化、穗部性状、子粒性状以及植株矮化、叶片宽窄、叶皱等农艺性状的突变体,这些突变体的获得为玉米重要农艺性状候选基因的克隆提供了基础材料.     

Mapping of Fertility Restoring Gene for Aegilops kotschyi Cytoplasmic Male Sterility in Wheat Using SSR Markers

LK783 was found to be a good fertility restorer for K-type male sterility of wheat. Microsatellite markers were employed to map the major restoring gene in LK783. Maintainer and restorer DNA pools were established using the extreme sterile and fertile plants among (KJ5418A//911289/LK783)F1 population,respectively. Seventy-nine sets of SSR primers were screened for polymorphism between the two pools, 6 of which were found polymorphic. Linkage analysis showed that Xgwm11, Xgwm18 , Xgwm264a and Xgwm273were linked to the restoring gene in LK783, while Xgwm11, Xgwm18 and Xgwm273 were co-segregated. The distance between the Rf gene in LK783 and the three co-segregated markers was 6.54±4.37 cM, the distance between Rf gene and Xgwm264a was 5.71±4.10 cM. The four SSR markers were located on chromosome 1BS by amplifying the DNA of nulli-tetrasomics and ditelosomics of CS with the 4 sets of primers, indicating that the major restoring gene in LK783 was located on 1BS, but the relative location of the gene was different from Rfv1, allelism of the two genes should be further investigated. The breeding for new fertility restorer lines of K-type cytoplasmic male sterility in wheat would be facilitated by using the four polymorphic markers.     

植物细胞质雄性不育和育性恢复基因调控机制研究进展

为了了解细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility, CMS)通过影响相关基因导致植株雄性不育,细胞核育性恢复基因如何作用于不育基因并使育性恢复。本文综述了有关细胞质雄性不育的作用机制、作用模型、育性恢复调控机制及恢复基因在转录和翻译水平上起作用的研究。指出了细胞质雄性不育因受到多种因素影响而研究不明确,CMS/Rf作用模型在线粒体上的逆行调节信号不确定的问题,在有些农作物的研究上停止不前的现状。因此,提出了未来可以从机制研究和构建更多不育系研究的建议,有助于加强对细胞质雄性不育及其育性恢复调控机制方面的认识,将更好的指导对CMS/Rf遗传调控机理的研究,使细胞质雄性不育在杂种优势遗传育种中发挥更好的作用。     

甘蓝型油菜核不育材料Shaan-GMS恢复基因的筛选及其遗传分析

从国内外77份甘蓝型油菜材料中筛选出1份Shaan-GMS的恢复材料"96-803",对其的遗传研究结果表明,Shaan-GMS育性恢复遗传机制符合2对核基因互作控制假说,假设不育基因为Ms,其对应的隐性可育等位基因为ms,Rf为Ms的显性抑制基因,rf为Rf的隐性等位基因,基因型Ms-rfrf表现为雄性不育,其他7种基因型都表现为雄性可育,则Shaan-GMS的基因型为Msmsrfrf,"96-803"的基因型为msmsRfRf,隐性测交系"84004"的基因型为msmsrfrf。"96-803"和其他8份材料的测交结果表明,Shaan-GMS同6CA恢保关系相同。     

甘蓝型油菜显性核不育纯合两型系“HY15AB”的选育

以甘蓝型油菜双低品种“沪油15”为轮回亲本,分别以显性核不育性的Ms不育基因和nf恢复基因为目标基因,通过杂交和回交,将目标基因导入双低品种“沪油15”。通过复交将Ms不育基因和可恢复基因融入同一群体,然后采用自交、兄妹交和测交等育种手段,获得育性分离比例为3：1的自交后代,其基因型为1MsMsrfrf：2MsMsRfrf：1MsMsRfRf,最后从该群体配置兄妹交组合,育性分离比例符合1：1的兄妹交后代就是经回交转育的双低纯合两型系“HY15AB”,其基因型分别为MsMsRfrf和MsMsrfrf。     

玉米S型细胞质雄性不育恢复基因Rf3的精细定位及其候选基因预测

细胞质雄性不育(Cytoplasmic male sterility,CMS)广泛存在于高等植物,CMS-S是玉米CMS的一种,其育性可以被恢复基因Rf3完全恢复。目前Rf3基因尚未成功克隆。本试验根据玉米CMS-S配子体不育特点,提出一种全新的同质群体构建方法,通过该方法获得群体的所有个体均携带Rf3恢复基因,省去田间表型鉴定工作,并可在同一世代获得足够的重组个体。该方法可直接用种子提取基因组DNA,大大提高Rf3定位的效率。利用该同质定位群体,将恢复基因Rf3精细定位到分子标记A165与CG2之间,参照玉米自交系B73的基因组序列,两个标记之间的物理距离约为1.4 Mb。     

棉花细胞质雄性不育系育性恢复的遗传基础＊Ⅰ．恢复基因及其遗传效应

我国７个棉花细胞质雄性不育系的育性恢复受２个独立遗传的恢复基因控制。笔者建议把它们定名为Ｒｆ１和Ｒｆ２；Ｒｆ１为完全显性，Ｒｆ２为部分显性；Ｒｆ１的恢复效应大于Ｒｆ２。不育株的基因型为Ｓ（ｒｆ１ｒｆ１ｒｆ２ｒｆ２）和Ｓ（ｒｆ１ｒｆ１Ｒｆ２ｒｆ２），可育株的基因型为Ｓ（Ｒｆ１－Ｒｆ２－）、Ｓ（Ｒｆ１－ｒｆ２ｒｆ２）和Ｓ（ｒｆ１ｒｆ１Ｒｆ２Ｒｆ２）。经育性基因的等位性测验，可将７个不育系分为两类：第一类是湘远４－Ａ、中１２Ａ和显无Ａ，在２个育性恢复基因位点上与引自美国的哈克尼西棉细胞质雄性不育系ＤＥＳ－ＨＡＭＳ２７７的２个育性恢复基因Ｒｆ１和Ｒｆ２等位且性质相同；第二类是１０４－７Ａ、ＮＭ－１Ａ、ＮＭ－２Ａ和ＮＭ－３Ａ不育系，在ｒｆ１位点上有一个复等位基因ｒｆｍ１，杂合等位基因ｒｆ１ｒｆｍ１的不育效应大于纯合态ｒｆ１ｒｆ１或ｒｆｍ１ｒｆｍ１的效应，即ｒｆ１ｒｆｍ１对Ｒｆ２－起隐性上位作用，从而使等位性测验群体中的不育株比例有所上升     

玉米C型Cms育性恢复基因Rf4的SSR标记

对A619与Cms237F2及BC1群体的育性观察结果表明，恢复系A619有一对恢复基因，用微卫星标记（SSR）将A619的恢复基因定位在玉米第8染色体短臂上，与SSR引物bnlg2307连锁，距bnlg2307 12.3cM。     

玉米C型胞质雄性不育与可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量的关系

为揭示玉米胞质雄性不育的生化机制,以玉米C型雄性不育系C478及其保持系478、恢复系H01为材料,对叶片及雄穗小花的可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量进行比较研究.结果表明:玉米不育系苗期、抽雄期、开花期叶片中可溶性糖含量均显著高于保持系、恢复系;三系间可溶性蛋白含量相差小;不育系除抽雄期外叶片中的游离脯氨酸含量显著高于其保持系、恢复系.玉米雄穗发育过程中,保持系雄穗小花中的可溶性糖含量在雄穗孕育完全但没抽出期(时期Ⅱ)、散粉期(时期Ⅲ)显著高于不育系;不育系小花中各个时期的可溶性蛋白含量均低于其保持系和恢复系,特别在时期Ⅱ、时期Ⅲ显著低于保持系和恢复系;不育系每个时期小花中的游离脯氨酸含量都显著低于保持系和恢复系.     

Significant association of the novel Rf4-targeted SNP marker with the restorer for WA-CMS in different rice backgrounds and its utilization in molecular screening

In the rice cytoplasmic-genetic male sterility(CMS) system,the combination of a CMS line,maintainer line and restorer line carrying the restorer gene to restore fertility,is indispensable for the development of hybrids. However,the process of screening for the trait of fertility restoration is laborious and time-consuming. In the present study,we analyzed the nucleotide sequence of the Rf4 gene,which is the major locus controlling fertility restoration,to identify allele-specific variation. A single nucleotide polymorphism(SNP) A/C at +474 in the coding sequence(CDS) was found to be capable of strictly distinguishing groups of alleles Rf4(A) and rf4(C). Using KASP genotyping,this valuable SNP was converted to an allele-specific PCR marker. We evaluated and validated the marker among three-line parents with different backgrounds,and the results revealed a complete correlation between SNP alleles and the fertility restoration phenotype. Molecular screening was subsequently carried out for the presence of alleles of Rf4 and Rf3 among 328 diverse rice cultivars with worldwide distribution. The results demonstrate that this SNP marker could be the optimal choice for the molecular identification of potential restorers.