植物自交不亲和性的分子生物学进展

自交不亲和性是植物特异性地识别并拒绝白花或亲缘关系很近的花粉的一种遗传机制,该特异性受S基因座控制。S-RNase介导的配子体型自交不亲和性在被子植物中分布最广泛,在茄科、蔷薇科和玄参科植物上研究比较深入。研究表明,雌雄双方的特异性决定因子分别是S基因座中具有多态性的核酸酶和含有F-box结构域蛋白基因,但其他修饰基因也参与其中。本文概括了该类自交不亲和性的研究现状,并根据最新研究进展就其工作模型作进一步探讨,同时简要提出今后的研究方向。     

粉蓝烟草(Nicotiana glauca)S—糖蛋白对离体花粉管生长的影响

在已论述粉蓝烟草(Nicotiana glauca)花柱S—糖蛋白分离和测序的基础之上,本文报道了离体培养条件下,纯化的S—糖蛋白对花粉萌发及花粉管生长的影响.在培养基中加入S—糖蛋白时,不同来源的花粉均能顺利萌发,但是同源花粉管生长却被特异性地抑制,而非同源花粉则能继续正常生长.在优化离体培养条件下,花粉管生长速率仍低于在活体上的生长速率.与对照相比,加入S—糖蛋白后,花粉管生长长度变异性增加.另外,即使绝大多数同源花粉管生长被S—糖蛋白所抑制,仍有个别花粉管继续正常生长,其原因需进一步探讨.     

雪花梨S16-RNase基因全长cDNA克隆及序列分析（英文）

    通过逆转录PCR(RT-PCR及快速扩增cDNA末端(RACE)技术从中国白梨品种'雪花'梨中克隆到S16-RNase基因的全长cDNA序列(GenBank接受号为DQ991388)该cDNA克隆总长1101 bp,包含1个完整的开放阅读框,编码228个氨基酸S16-RNase表现出梨S-RNase基因的基本结构特征,即其具有5个保守区(C1,C2,C3,RC4及C5)和1个高变区在推导氨基酸水平上,S16-RNase与梨其他S-RNase基因的相似性为63%至74%,但与苹果S9-RNase的相似性高达95%通过多序列比对构建进化树,分析梨S16-RNase与蔷薇科植物其他S-RNase基因的遗传进化关系结果表明,S16-RNase与苹果亚科S-RNase基因形成一个亚科特异而非种特异的S-RNase基因类群;且不同S-RNase基因间存在属内种间遗传距离远于属间种问遗传距离现象     

The male determinant of self-incompatibility in Brassica

In the S locus-controlled self-incompatibility system of Brassica, recognition of self-related pollen at the surface of stigma epidermal cells leads to inhibition of pollen tube development. The female (stigmatic) determinant of this recognition reaction is a polymorphic transmembrane receptor protein kinase encoded at the S locus. Another highly polymorphic, anther-expressed gene, SCR, also encoded at the S locus, fulfills the requirements for the hypothesized pollen determinant. Loss-of-function and gain-of-function studies prove that the SCR gene product is necessary and sufficient for determining pollen self-incompatibility specificity, possibly by acting as a ligand for the stigmatic receptor.     

Molecular analysis of FRIGIDA, a major determinant of natural variation in Arabidopsis flowering time

Vernalization, the acceleration of flowering by a long period of cold temperature, ensures that many plants overwinter vegetatively and flower in spring. In Arabidopsis, allelic variation at the FRIGIDA (FRI) locus is a major determinant of natural variation in flowering time. Dominant alleles of FRI confer late flowering, which is reversed to earliness by vernalization. We cloned FRI and analyzed the molecular basis of the allelic variation. Most of the early-flowering ecotypes analyzed carry FRI alleles containing one of two different deletions that disrupt the open reading frame. Loss-of-function mutations at FRI have thus provided the basis for the evolution of many early-flowering ecotypes.     

花粉管通道法转基因棉花后代的遗传特性

利用花粉管通道法获得的转基因棉花,随着自交繁殖代数的增加,转基因植株与非转基因植株的分离比例,不符合孟德尔遗传规律,遗传分离比例变化较大,存在着遗传分离多样性,而且有的遗传不稳定.     

野败型杂交籼稻恢复基因的遗传研究

以花粉可育率作指标,野败恢复系具有两对恢复基因 R_1R_1R_2R_2。R_1表现完全显性作用,R_2表现不完全显性作用和累加作用,F_2群体的育性分离比为13:2:1。等位测验表明,太引1号的 R_1基因与 IR24的 R_1基因是等位的。以结实率作指标,恢复系具有两对恢复基因 F_1F_1F_2F_2。F_2群体的育性分离比为9:6:1,恢复基因表现积加作用而无数量效应。等位测验表明,太引1号的两对恢复基因 F_1F_1F_2F_2与 IR24的两对恢复基因 F_1′F_1′F_2′F_2′互为等位。花粉可育率与结实率是两种不等而有相关的育性性状。自交结实率高的植株花粉可育率也高,但花粉可育率高的植株未必都是结实率高的植株,花粉可育率为零的植株无自交结实能力。因此,在选育恢复系时应以结实率作为育性指标,在选育或“提纯”不育系时应以花粉可育率作指标。恢复基因的遗传与穗颈节间中的酯酶同工酶谱无明显关系,与过氧化物酶同工酶谱的关系也不明显。     

籼型温敏核雄性不育基因的等位性研究

 1991～1992年考查了7个籼型温敏核雄性不育系（TGMS），其中4个HPGMR农垦58s的衍生系W6111s-27、W6154s-66、Ks-9、8801s，3个不同来源的非HPGMR的TGMS5460s、安农s-1、衡农s-1、及其完全双列杂交组合F#-1、以及部分F#-2在福建沙县高温长日自然条件下的育性表现。结果表明：HPGMR的衍生系、5460s、安农s-1、衡农s-1 4种不同来源的TGMS的不育主基因是非等位的。农垦58s的衍生系中，W6111s-27、W6154s-66、Ks-9三者的不育主基因等位，而8801s与这3个不育系则不等位。4种不同来源的TGMS之间育性存在2或3对主基因的差异。不育基因等位的TGMS间杂交F#-2群体中仍有少量部分可育株出现，不育基因等位或非等位的TGMS间杂交F#-2群体中也发现育性比双亲稳定的不育株。笔者还对TGMS的育性改良问题作了讨论。     

2D-DIGE技术研究自交不亲和杏品种‘新世纪’花柱表达蛋白

 【目的】从蛋白质组水平探索杏树自交不亲和的分子遗传机制。【方法】采用双向差异凝胶电泳和质谱检测技术,对自交不亲和杏品种‘新世纪’在小蕾期、大蕾期、自花授粉后24 h及异花授粉(‘新世纪’ב巴旦水杏’)后24 h的花柱进行差异性蛋白质组学研究。【结果】在‘新世纪’杏的小蕾期、大蕾期、自花授粉后24 h、异花授粉24 h后的花柱中共检测到约1 500个蛋白点,其中有66个差异表达的蛋白点。自交不亲和杏柱头对自体与异体花粉感应在蛋白质组水平有差异,其中异花授粉后花柱中特异表达的蛋白点1个,异花授粉后表达丰度明显升高的蛋白点4个,表达丰度明显降低的蛋白点29个;质谱分析只有13个蛋白质点得到归属鉴定。【结论】明确‘新世纪’杏花花柱对自体与异体花粉感应在蛋白质组水平上有差异。     

银杏雄株叶片和花粉主要类黄酮成分含量分析

【目的】研究江苏省46个银杏实生雄株(系)叶片和花粉类黄酮化合物主要成分及其含量,为合理开发利用银杏雄株种质资源提供理论依据。【方法】运用HPLC技术分析不同株系叶片和花粉甲醇(乙醇)-盐酸水解溶液中主要黄酮苷元的含量,并采用三因子法计算总黄酮苷含量。【结果】不同银杏雄株叶片和花粉的黄酮含量存在较大差异,通过设定黄酮苷元和总黄酮含量的选择域值,发现扬州有4个品系(扬州03、04、10、20)、泰州有2个品系(泰州08、13)、徐州有2个品系(徐州04、09)符合叶用标准,扬州有10个品系(扬州02、03、04、08、09、10、12、15、18、20)符合花粉用标准。银杏雄株叶片和花粉均含有槲皮素、山奈酚和异鼠李素3种黄酮苷元,但含量不同,叶片中三者差别不大,而花粉中以山萘酚为主,花粉总黄酮平均含量约为叶片的1.42倍。【结论】通过黄酮苷元和总黄酮含量的分析,根据设定的选择指标,可以得到优良的叶用或花粉用单株供生产利用,为银杏雄株资源的综合利用提供了参考。     

小麦花粉电穿孔转化因素优化和转基因植株获得及鉴定

[目的]通过优化电穿孔转化技术主要参数,得到候选转基因植株,探索普通小麦(Triticum aestivum L.)电穿孔遗传转化体系.[方法]以冬小麦品种济麦19为受体,GUS为外源基因,将扬花期成熟花粉以最适电场强度和操作温度进行电穿孔处理后,人工授粉济麦19,最终收获种子;利用PCR技术、Southern技术、化学染色方法对T1、T2植株进行鉴定.[结果]电穿孔转化以电场强度6 kV·cm-1、冰上处理花粉,花粉密度为5×106个/mL,以及去雄后第5天授粉为最佳参数;Southern杂交检测结果表明,T2阳性植株的2个株系检测到杂交信号,同时其幼根、叶片等组织经GUS表达活性的组织化学染色检测,呈现蓝色反应.[结论]利用小麦花粉电穿孔转化法可以成功将外源基因整合到小麦基因组中并稳定遗传至T2,且外源基因GUS能够得到表达.     

白菜雄性不育相关基因BcMF3功能的反义RNA验证

为了研究白菜等十字花科植物花粉发育及雄性不育发生的机理,根据编码果胶甲酯酶的白菜雄性不育相关基因BcMF3的cDNA序列设计特异引物,从普通白菜(Brassica campestris ssp.chinensis var.communis,syn.B.rapa ssp.chinensis var.communis)花蕾cDNA中扩增出458 bp的片断,构建BcMF3的反义RNA植物表达栽体,然后转化菜心(B. campestris ssp.chinensis var.parachinensis).研究发现,31.3%菜心转基因植株花粉表现出畸形,而且只有部分花粉具有活力,花粉离体萌发率降低为31.6%,其花药果胶甲酯酶活性降低了12.8%.上述结果表明BcMF3基因与普通白菜和菜心等白菜植物的花粉发育密切相关.     

玉米单倍体花药外露、花药大小与花粉育性的相关性研究

以优良自交系FAPW和BN490A组配的单倍体群体为材料,利用t测验、相关分析等方法研究单倍体花药外露、花药大小与花粉育性之间的相互关系。结果表明:玉米单倍体雄穗自然加倍率较低(28.2%),大部分花药外露(81.3%)和小部分花药不外露(15.6%)的单倍体花粉可育;花粉可育的单倍体花药大小大于花粉败育的单倍体,但在花粉可育的单倍体植株中,花粉的育性并未随着花药大小的增大而提高。在实际单倍体自然加倍过程中,可以依据玉米单倍体花药外露与否、花药大小与花粉育性的关系,通过花药是否外露与花药大小判断雄穗的育性。     

不同基因型玉米单倍体雄穗自然加倍研究

为探讨不同基因型的玉米单倍体雄穗自然加倍的情况,利用由7个优良自交系组配的FAPW/BN490A、BN490A/BN486A、PHZ51/H33和MT-1/H32等4个单倍体群体研究玉米单倍体的花药外露与花粉育性。结果表明:FAPW/BN490A群体位于雄穗分枝的花药外露概率高于位于雄穗主轴的花药外露概率;在所研究的4个单倍体群体中,FAPW/BN490A群体的花药外露率和可育花粉率均为最高,平均值分别为35.7%和72.2%;其次为BN490A/BN486A群体(13.0%,53.8%)与PHZ51/H33群体(13.0%,48.7%),MT-1/H32群体的最低,分别为12.0%和47.4%;通过多重比较发现FAPW/BN490A群体的花药外露率和花粉可育率与其余3个群体均显著差异,但其余3个群体间无差异,表明玉米单倍体的雄穗育性只在特定基因型间存在差异;在4个单倍体群体花药不外露株的植株中,均存在一定比例可育的花药,花粉可育率为0~95.0%,且每个群体可育花粉率在0~25.0%和25.0%~50.0%的植株较多,而50.0%~75.0%和75.0%的植株较少,即不同基因型的玉米单倍体群体中,花药不外露株的雄穗育性有较低程度恢复,且可育花粉率越高的植株数越少。     

转化pCAMBIA1301载体蓝猪耳F_1代植株的花粉育性研究

通过自花和异花授粉、电镜扫描、花粉活力测定等方法,对转pCAMBIA1301基因蓝猪耳的9个转基因株系的F1代植株的育性进行了研究.结果表明:蓝猪耳不存在自交不亲和现象但其转基因植株出现花粉败育;对9个转基因株系进行测定,发现其花粉活力与对照(77.3%)差异显著,仅为9.8%~30.6%,表明转基因蓝猪耳花粉败育不是由于基因的插入引起的,普通培养基组培瓶蓝猪耳花药活力与在土壤中萌发的蓝猪耳花粉活力均为75%左右,表明组培环境也不是引起花粉败育的原因,因此继代培养基是引起花粉不育的唯一原因.     

Variability of flowering of CMS corn tassels

The characteristics of flowering of CMS corn tassels are given. After a microscopic analysis of pollen grains and count of the kernel number on ears pollinated by a pollen mixture (of the tested yellow kernel and fertile white kernel lines), it is established that the pollen of semifertile plants is weakly viable and non-competitive. This allows referring plants of maternal forms with a flowering score of 1–2 to sterile.     

外源基因异常分离水稻9311HR的雌雄配子育性

在以基因枪转化获得的抗除草剂转bar基因材料HR为供体亲本;以9311为受体亲本的回交转育过程中,发现回交转育后代9311HR的抗性单株自交后代中bar基因始终表现1∶1的异常分离.以外源基因异常分离水稻9311HR为材料,探讨bar基因的导入对其主要农艺性状、花粉育性、花粉萌发率的影响.结果表明:抗除草剂bar基因的导入对目标亲本的主要农艺性状无明显影响,9311HR抗性植株正常染色花粉率及花粉离体萌发率均在90%左右,其结实率正常,与轮回亲本9311均无显著差异.花粉DNA的PCR分析结果显示,9311HR抗性植株形成了携带外源基因bar的成熟花粉.说明9311HR抗性植株不存在雌雄配子败育.     

几种常见樟科植物花粉的扫描电镜观察

[目的]研究几种常见樟科植物花粉的形态特征。[方法]利用扫描电子显微镜对樟科4属5种植物的花粉表面微形态进行了观察和比较。[结果]樟、浙江楠和月桂的花粉均为近球形,直径约20～32μm,表面遍布刺突纹饰,其中月桂花粉表面可观察到成对的小穿孔;山胡椒和香叶树的花粉极面观为三裂椭圆形,具有3个较深的萌发沟,沟长达两极,花粉大小分别为50×40和55×42μm,花粉表面密布明显的小孔穴。[结论]该研究可为樟科植物花粉的研究提供更多孢粉学依据。     

Self-incompatibility: a self-recognition system in plants

Self-incompatibility (SI), a genetically controlled mechanism to prevent inbreeding in plants, offers a relatively simple model system for studying the interactions between plant cells or between a plant cell and the secreted product or products of another cell. Examples of two major types of SI, gametophytic and sporophytic, have been studied by cloning cDNAs corresponding to glycoproteins of the female tissues that segregate with particular variants encoded by the putative S locus. These secreted glycoproteins are envisaged to interact with the currently undescribed pollen component to cause arrest of pollen tube growth.     

雄性榧树天然居群表型多样性及优株初选

  目的  探究雄性榧树Torreya grandis天然居群的表型多样性,初步筛选雄性优良单株,为科学配置优良授粉树和提高香榧T. grandis ‘Merrillii’种实产量和品质提供参考。  方法  以5个雄性榧树天然居群的121个单株为材料,对叶片单叶质量、叶形指数及雄球花单花质量、花形指数、花粉得率、花粉生活力等10个表型性状进行了分析,探讨其表型变异程度和变异规律,并初步筛选了雄性榧树优良单株。  结果  ①在居群间除了叶长和花粉得率有显著差异(P＜0.05)外,其他性状均无显著差异(P＞0.05);在居群内10个表型性状都存在显著性差异,即居群内的变异大于居群间的变异,表明雄性榧树表型变异主要来源于居群内,人工选择要以单株选择为主。②10个表型性状中雄球花指标的变异系数大于叶片,且花粉生活力和花粉得率平均变异系数分别为42.36%和34.13%,变异较为丰富,因此授粉优树的选择可基于雄球花性状指标。③根据雄株雄球花性状指标综合筛选出了早、中、晚型36个优良单株,可在今后的选育和造林实践中应用。  结论  雄性榧树表型性状在居群内具有更加丰富的遗传多样性,在后期遗传改良中应重视群体内优良单株的选择,而球花大小、花粉生活力和花粉得率是榧树雄株进行优株初选的重要表型指标。图1表7参26