遗传型与生理型雄性不育小麦花药和旗叶蛋白质的比较研究

为了研究小麦遗传型和生理型雄性不育在生化机制上的异同,以遗传型[S型不育系ms(S)2611和ms(S)1376]和生理型雄性不育小麦西农2611和西农1376(高温诱导和化学杀雄剂SQ-1诱导的雄性不育)为材料,分别取其小孢子处于单核早期的幼穗,单核后期、二核期、三核期的花药及旗叶进行了可溶性蛋白质的比较研究.结果表明,从不同发育时期的旗叶可溶性蛋白中尚未发现特异蛋白的存在,但在花药中发现有特异蛋白的存在,表现在二核期生理型雄性不育及遗传型雄性不育材料均比正常的可育材料缺少了1条分子量为31 kD的多肽.这条多肽很可能是花粉发育过程中某一环节所必需的,缺少了它就形成不育,因此这条多肽很可能和育性相关.     

小麦生理型雄性不育系花药内源JA与ABA含量动态变化及其代谢通路差异基因表达研究

为了进一步阐明化学杂交剂SQ-1诱导小麦花粉败育的分子机制,以西农1376为材料,采用RNA-seq技术,对PHYMS-1376及其对照可育系CK-1376四分体、单核早期、单核晚期、二核期、三核期花药进行转录组测序,筛选出差异表达基因,进行GO富集、KEGG富集和GSEA富集分析,并利用高效液相法分别检测了PHYMS-1376及CK-1376上述五个时期花药中ABA和JA含量,通过qRT-PCR技术分析了ABA和JA通路关键差异基因的表达模式。结果发现,与CK-1376相比,在PHYMS-1376花药中共筛选出了 36 058个差异表达基因,主要富集到植物激素信号传导、苯丙素生物合成、淀粉和蔗糖代谢、氨基酸的生物合成4个通路;JA含量在PHYMS-1376四分体花药中显著降低（P<0.05）,至单核早期显著升高,单核晚期又显著降低,二核期显著升高,三核期显著降低;ABA含量在PHYMS-1376四分体至三核期花药中含量均高于CK-1376,其中在单核早期、单核晚期和二核期差异显著,可能与不育系各时期花药中PP2C关键基因TraesCS1D02G271000表达量过低相关,致使PP2C蛋白含量减少,进一步激活BIN2/BILs激酶,使SnRK2s磷酸化,促进ABA含量增加。上述结果表明：PHYMS-1376各发育时期花药中JA含量的异常波动与ABA含量的显著增加及上述2个通路关键基因的差异表达可能与SQ-1诱导小麦花粉败育密切相关。本研究为深入揭示SQ-1诱导小麦生理型雄性不育机理提供了一定的理论基础。     

小麦 TaWRKY51基因的克隆及其参与SQ-1诱导小麦花粉败育过程的表达模式研究

为进一步深入解析化学杂交剂SQ-1诱导小麦花粉败育的机理,本研究从SQ-1诱导的生理型雄性不育系PHYMS-1376及其对照可育系CK-1376各时期花药转录组测序筛选出差异表达基因TraesCS1D02G362900.1,与小麦基因组数据库比对发现,该基因编码的氨基酸与 TaWRKY51同源度为97%,说明该差异表达基因为 TaWRKY51对其进行生物信息学分析、亚细胞定位、转录激活活性与花药表达模式研究,结果表明, TaWRKY51开放阅读框全长663 bp,可编码220个氨基酸,含有WRKY结构域和锌指结构,分子量约为23.34 kD,等电点为6.42;启动子区包含与光响应、茉莉酸甲酯响应、脱落酸响应等7类顺式作用元件,且TaWRKY51蛋白被定位在细胞核内,具有一定的转录激活活性;与CK-1376相比,PHYMS-1376植株花药中 TaWRKY51的表达量在5个发育时期均高于CK-1376,且在四分体时期、单核晚期、二核期和三核期与CK-1376的差异均达极显著水平,表明该基因与PHYMS-1376花粉败育密切相关。     

小麦遗传型与生理型雄性不育花药同工酶的比较研究

为了研究小麦遗传型和生理型雄性不育生化机制上的异同,以遗传型(S型不育系)和生理型雄性不育小麦(高温诱导和化学杀雄剂SQ-1诱导)为材料,分别取其小孢子处于单核早期的幼穗,单核后期、二核期、三核期的花药进行了过氧化物酶(POD)、细胞色素氧化酶(COD)同工酶的比较研究。结果表明,S型雄性不育系和经杀雄剂SQ-1处理后诱导出的生理型雄性不育,其POD、COD同工酶的活性比对照材料弱,且条带少;经高温诱导出的生理型雄性不育,其同工酶活性比对照强,且条带多。三者比较后可知,经SQ-1诱导的材料及S型不育系抑制了某些酶带有关基因的表达,使物质能量代谢受阻,造成雄性不育的发生;经高温诱导的材料在高温逆境中其活性氧自由基含量高,发生剧烈的膜脂过氧化作用,导致雄性不育的发生。     

小麦转录因子TaMYB5 like转录自激活能力及其参与生理型花粉败育过程表达模式研究

化学杂交剂SQ-1诱导的小麦花粉败育是一个复杂的生理代谢过程，TaMYB5-like被发现参与此过程。为了解TaMYB5-like基因在SQ-1诱导小麦生理型花粉败育过程中的作用，以SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育系PHYMS-1376和对照可育系CK-1376四分体、单核早期、单核晚期、二核期和三核期花药为试验材料，克隆TaMYB5-like基因，并对其进行序列结构、生物信息学、表达模式、亚细胞定位及转录自激活效应分析。结果发现，TaMYB5-like基因序列长5 207 bp，其cDNA长为1 133 bp，其中CDS序列长819 bp，编码272个氨基酸，含有2个SANT结构域，分子量为29.36 kDa，无信号肽，无跨膜结构，亚细胞定位在细胞核内；TaMYB5-like基因启动子涉及光响应、逆境胁迫响应、茉莉酸甲酯响应等顺式作用元件。自激活效应发现，TaMYB5-like蛋白的自激活区段位于N端，合适浓度的AbA和3-AT可以抑制BD-TaMYB5-like和BD-TaMYB5-like-N-SANT融合蛋白的自激活性；随着蛋白质氨基酸序列的截断，自激活性呈降低趋势。与CK-1376相比，PHYMS-1376四分体和单核早期花药中TaMYB5-like表达量差异不显著；花药发育到单核晚期、二核期和三核期时，TaMYB5-like表达量显著增加；CK-1376和PHYMS-1376三核期时花药内TaMYB5-like表达量均最高。     

杀雄剂SQ 1诱导的小麦生理型雄性不育系交替氧化酶基因(AOX1)的表达分析

为了揭示小麦生理型雄性不育败育过程与交替氧化酶（AOX1）基因表达的关系,利用荧光定量技术分析了小麦交替氧化酶基因家族AOX1基因（AOX1a和AOX1c）在K型遗传型不育系[ms（Kots）-90-110]、K型不育系和恢复系杂交后经多代回交选育的可育系（BC5F1）以及杀雄剂SQ-1诱导的BC5F1小麦生理型雄性不育系的旗叶和花药（单核期、二核期、三核期）中的表达情况。结果表明,AOX1a基因在供试可育系（BC5F1）和遗传型不育系[ms（Kots）-90-110]中的表达规律一致,都表现为旗叶中的表达量较少,花药单核期表达量最高,二核期和三核期表达量下降;SQ-1诱导的生理型不育系中AOX1a基因在旗叶中表达量也最少,花药单核期表达量最高,二核期表达量减少,但三核期略呈上升;与其他2个材料相比较,生理型不育系的单核期AOX1a基因的表达量极显著增加,二核期极显著降低。AOX1c基因在3个材料各时期的表达规律一致,都表现为先升后降;但在表达量上,可育系与生理型不育系各时期的表达量两者几乎没有差异,遗传型不育系中的单核期表达量极显著低于可育系和生理型不育系。推测,AOX1a基因在生理型不育系单核期和二核期的异常表达,可能影响了花药发育过程中抗氰呼吸途径,导致呼吸代谢紊乱,引起花药败育;AOX1c基因没有参与生理型不育的代谢调节。     

化学杂交剂SQ 1诱导四川小麦雄性不育的初步研究

为了明确化学杂交剂SQ-1对四川小麦雄性不育的诱导作用,以20个四川小麦品种(系)为研究对象,研究SQ-1不同喷药时期对不同基因型小麦的杀雄效果.结果表明,Feeks 8.5为四川小麦最佳喷施时期;适宜的喷施时期为Feeks 8.0～9.0.用4.0 kg/ha的SQ-1进行雄性不育的诱导,所有供试品种平均可达到97.09%的相对雄性不育率和49.77%的异交结实率.喷施SQ-1后,四川小麦的株高明显降低,抽穗推迟并且穗长缩短.另外,基因型的不同导致化杀效果及化杀后农艺性状有差异.     

小麦新型化学杂交剂的筛选及其诱导败育后小麦的农艺性状

为了拓展小麦化控两系途径的药剂种类,降低小麦杂交种制种成本,利用西农1376(浅蜡质材料)和矮抗58(厚蜡质材料)研究了23种化学药剂诱导小麦雄性不育的效果以及对植株表型性状的影响。结果表明,各药剂诱导小麦花粉败育效果差异较大,Feek’s 8.5时期,XN-1药剂可诱导西农1376和矮抗58植株群体雄性不育率达98%以上,且植株表型及雌蕊发育正常,仅株高降低约5cm,饱和授粉后结实率正常,并能获得正常杂交种子。在银川和西宁对新筛选的小麦化学杂交剂XN-1的药效研究表明,XN-1可诱导春小麦品种银川P、银川Q和西宁P、西宁Q产生98%以上的雄性不育率,除株高降低约5~10cm外,其他株型指标不受影响。表明XN-1具有优良小麦化学杂交剂的特点和大面积应用于小麦杂种优势利用研究的潜力。     

基因HAT1在小麦生理型雄性不育系中的表达分析

组蛋白乙酰转移酶（HAT）在生物生殖发育中对染色体的结构修饰和基因的表达调控发挥着重要作用。为探讨组蛋白乙酰化与小麦生理型雄性不育的关系,利用实时荧光定量技术,分析了化学杀雄剂SQ 1诱导的生理型雄性不育小麦花药各发育时期组蛋白乙酰转移酶基因HAT1的表达水平。结果表明,与同期可育花药相比,生理型雄性不育小麦花药的HAT1基因表达水平在单核期显著升高,二核期变化趋势基本相同,三核期显著降低。DNA Ladder显示,不育花药在单核期出现明显的DNA片段化,比正常花药提前凋亡。这表明SQ 1诱导的小麦生理型雄性不育可能与HAT1基因表达异常和花药细胞提前凋亡有关。     

SQ-1诱导小麦雄性不育基因型再研究

SQ-1是一种新型小麦杀雄剂,为了研究杀雄效果及不同小麦品种对SQ-1反应的遗传差异,选择34个小麦品种(系),在小麦生长时期处于Feeks 8．0～9．0时,以5．0kg／hm^2SQ-1水剂进行一次叶面喷施,参试品种均可达到95％以上的杀雄效果,这表明SQ-1与不同小麦品种不存在明显的互作,具有广谱杀雄效应;同时从中随机选取10个参试小麦品种进行人工饱和授粉,其结实率均能达到60％以上,证明SQ-1对雌蕊无明显伤害。     

5种细胞质雄性不育小麦败育过程中活性氧代谢保护酶的响应

为了解异质雄性不育小麦败育过程中活性氧代谢中几种保护酶的变化特点,以5种小麦雄性不育系U116A、Ju116A、Va116A、C6116A、K116A及其相应保持系116B为材料,分析了小麦雄性不育系在花药不同发育时期的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性与保持系的差异。结果表明,不育花药的POD活性自单核早期后均比同一发育时期的可育花药高;自单核晚期开始,不育系CAT活性总体上呈下降趋势,而可育系则呈升高趋势;受试材料花药中SOD活性总体呈上升趋势,且不育系高于保持系。经差异分析,不育系U116A、Ju116A、Va116A、C6116A的败育关键期是单核晚期,而K116A的败育关键期则是单核晚期至二核期。以上结果说明,5种异质小麦雄性败育时期有所不同,并且雄性育性与POD、CAT和SOD活性密切相关。     

兰州核不育小麦不育基因的遗传研究

利用石蜡切片显微观察、雄性不育基因遗传分析和缺体定位等方法．对兰州核不育小麦不育基因进行了遗传研究,以明确该不育基因的遗传学特性。显微观察发现,兰州核不育小麦不育系257A的不育花药各壁层组织在不同发育时期没有明显的结构发育异常现象,但不育花药的绒毡层及中层组织有延迟解体的趋势。257A与中国春等小麦品种的杂交F1结实率、F2和F1BC1代育性分离比率调查结果表明,该突变体材料不育性是受一对隐性核基因控制．不育性遗传稳定,不受小麦品种细胞质以及光、温等生态因子变化的影响。缺体分析将不育基因定位在4B染色体上。     

几类小麦雄性不育系育性敏感时期可溶性蛋白质和ATP酶活性的分析

为了研究K型和YS型小麦雄性不育系雄性不育的生化机制,用Native-PAGE凝胶电泳技术对稀盐缓冲液提取的不育系及其保持系育性敏感期旗叶和小穗中的可溶性蛋白进行了分析,并对不育系和保持系小穗质膜和液泡膜H+-ATP酶活性进行了比较.结果显示,1B/1R类K型不育系3314A和非1B/1R类K型不育系732A的同型保持系732B的旗叶在二核期和三核期均出现一分子量大小相同的特异性条带.对小穗的电泳结果显示,1B/1R类K型不育系3314A和非1B/1R类K型不育系732A单核期与其同期相应保持系相比,表达了一些特异性的蛋白.而YS型光温敏不育系A3017二核期和三核期比单核期多出现了特异蛋白条带.这些小穗中表达的特异蛋白可能与育性相关.另外,通过对质膜和液泡膜H+-ATP酶活性测定表明,不育系小穗单核期ATP酶活性较高,尤其是不育系液泡膜H+-ATP酶活性在单核期均明显偏高.     

利用cDNA-RAPD方法筛选与V型小麦细胞质雄性不育育性相关的线粒体转录产物的研究

为了研究V型细胞质雄性不育小麦的不育机理,以V型细胞质雄性不育小麦的一套近等基因系为材料,利用cDNA-RAPD方法对不育系、保持系和杂种F1线粒体RNA进行了比较分析.共用了284个引物,有104个引物在不育系和保持系间存在扩增差异,22个引物在不育系和杂种F1间存在扩增差异,找到了一个在不育系中特异表达的差异片段S238999,Northern杂交证实该片段在不育系、保持系和杂种F1的转录的确有差异,它的转录本丰度随着恢复基因的导入明显降低,表明该片段与V型小麦细胞质雄性不育具有一定的相关性.通过NCBI数据库的同源性比对,发现该片段仅与一个Hordeum vulgare基因组DNA片段有84 bp的同源序列,表明这是一个新的可能与V型小麦细胞质雄性不育相关的序列.     

粘类小麦雄性不育系雌雄不育配子传递率研究

为了给粘类小麦雄性不育系的利用提供理论依据,对偏、粘、易、二角型小麦雄性不育系及其杂种F1雌雄不育配子的传递进行了研究.结果表明,雌雄不育配子传递率均低于50%,粘、易、偏型不育系F2代供试群体全部可育,并且正反交不育配子通过雄配子的传递率都为0,初步认为符合配子体不育的特点;二角型不育系正反交雌雄不育配子传递率也都低于50%,但不育雄配子传递率要高于雌配子传递率,并且正反交都有不育株出现.所以二角型不育系是配子体不育还是孢子体不育尚有待进一步研究.     

温光敏核不育小麦C338S的育性表现及不同蘖位和花位的育性差异

为了解温光敏核不育小麦不同播期及不同蘖位、花位的育性变化,通过多年分期播种试验,研究了小麦温光敏细胞核雄性不育系C338S不同播期下的育性表现及不同蘖位和花位的育性差异。结果表明,随着播期的调整,C338S分别表现完全不育、高度不育、半不育、低不育、可育的不同育性状态,具有育性转换特性。主茎穗与分蘖穗之间、主茎穗不同部位的小穗之间以及不同位次的小花之间的育性存在差异。发育较晚的后生分蘖的育性高于主茎穗和早生分蘖;主茎穗的下部小穗育性>中部小穗>上部小穗;早播不育植株发育较晚的3、4位小花的育性较好,而晚播可育植株发育较早的1、2位小花的育性较高。     

YS型小麦温敏不育系A731雄性败育的细胞学研究

为了明确YS型小麦温敏不育系雄性败育发生的具体时期和败育的细胞学机理,以温敏不育系A731和其同型保持系731B为供试材料,采用花粉粒制片和石蜡切片法,对其花药形态特征及小孢子形成和发育过程进行细胞学观察。结果表明,不育系和保持系均能进行正常的减数分裂形成小孢子;保持系731B的花药和小孢子发育正常,只有极少数后期发育不正常;不育系A731花粉不育类型为典败和圆败;单核期小孢子可正常形成核,二核期正常形成营养核和精核,但有些营养核不清晰,三核期花粉粒染色后精核呈圆形,不能形成梭形精子;二核期花药中绒毡层提前解离侵入药室,造成小孢子败育。表明该温敏不育系的败育主要发生在二核期到三核期,推测二核期是其雄性败育发生的关键时期,败育的原因可能与绒毡层结构的异常有关。     

小麦光温敏雄性不育的研究和利用进展

小麦光温敏雄性不育具有遗传基础简单,不育和恢复性好、易选配强优势组合等优点,是目前杂交小麦研究中比较重要的不育系类型.本文重点介绍了先温敏雄性不育的先温反应特性、形态发生类型、遗传和分子机制,以及不育系选育和杂交小麦品种应用状况,并探讨了该不育类型的可能基因调控特点和杂交小麦的研究方向.     

利用RNAi方法构建MS26基因雄性不育植物表达载体及农杆菌介导玉米遗传转化研究

应用RNAi技术创制了花粉彻底败育的玉米雄性不育株系,为玉米杂交制种提供雄性不育的基础材料。构建玉米MS26 RNAi植物表达载体,其中,以玉米综31未成熟的幼胚组织为受体,利用农杆菌介导法将目的基因定向转入到玉米中,以甘露糖为选择剂进行筛选获得能够稳定遗传的转基因植株。通过Taqman探针法进行分子检测,获得18株单拷贝T0代转基因植株,碘-碘化钾染色分析结果显示,12株完全不育。在田间试验中,5个转化事件的所有T1代转基因植株在散粉期都表现雄性不育,且除此之外与野生型玉米对照植株之间没有其他形态不同。实时定量PCR结果显示,MS26 RNAi转基因玉米植株中MS26基因的表达量显著下调,由此可推断,MS26 RNAiT-DNA已经整合到玉米基因组中,并能引起完全的雄性不育。