不结球白菜同源异型突变雄性不育系HGMS的发现和初步研究

从不结球白菜高代自交系中发现并育成不结球白菜同源异型突变细胞核雄性不育系HGMS(homeotic GMS).不育特征为心皮在雄蕊位置错位表达,雄蕊消失,雌雄两性花变成无雄蕊单性雌花,心皮化的雄蕊上着生有胚珠,是一种全新的雄性不育.该不育系的花瓣严重退化,长、宽变短,重量减轻;雌蕊由细长变为短粗、重量增加.进一步同工酶研究发现,雄蕊位心皮的酯酶酶带和过氧化物酶酶带与本身雌蕊酶带一致,充分表明该雄性不育确系心皮异位表达引起.并根据花发育的ABC模型推测,该突变很可能是花发育的B组基因缺失所致.     

不结球白菜新型雄性不育系HGMS应用潜势分析

花器官发育B组基因缺失导致花瓣萼片化、雄蕊心皮化的同源异型突变,由此引起的雄性不育性稳定、彻底,是一种极为理想的雄性不育类型。不结球白菜新型雄性不育系HGMS(Homeotic Genic Male Ster-ile line)就是利用雄蕊心皮化突变性状选育的新型细胞核雄性不育系。本文以HGMS系内可育株和不育株分别与4个优良自交系配制组合,研究了雄蕊心皮化性状对F1代杂种产量以及农艺性状的负效应;以包括HGMS在内的5个不育系与4个优良自交系配制5×4不完全双列杂交组合,用GGE双标图分析法对各不育系产量和农艺性状进行综合评价。结果表明,HGMS雄蕊心皮化性状并未引起F1代杂种产量和农艺性状的显著负效应;HGMS不育系在产量性状上具有较高的一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA),是一个优良的雄性不育系,可用于强优势组合的选配。另外,HGMS较好的亲本区分能力和代表性,表明它还是很好的测试亲本。     

黄芽白菜核基因雄性不育系的选育及其败育特征分析

【目的】育成黄芽白菜核基因雄性不育系，为快速培育高纯度黄芽白菜F1杂交种提供材料支撑。【方法】根据复等位基因遗传假说，以快菜核不育两用系KAB5为不育源，采用定向转育方法，经过杂交、回交、测交、自交和兄妹交将核不育基因向可育自交系H249中转育。【结果】经过连续3代定向的回交转育，获得了具有H249特征性状的黄芽白菜核基因雄性不育系HA1。进一步败育特征分析表明：不育系花小，花瓣长、花瓣宽、长雄蕊高和柱头高均极显著低于H249，花丝和花药颜色变白，花丝缩短，花药变小，小孢子能够发育形成四分小孢子，但无法进一步发育形成花粉。【结论】黄芽白菜雄性不育系雌蕊发育正常，雄蕊败育彻底，不育度高，不育株率100%，败育发生在四分体时期，不能形成花粉。     

大白菜果胶甲酯酶基因BrPME1的克隆及特征分析

 【目的】克隆大白菜果胶甲酯酶基因,为进一步探讨果胶代谢在大白菜育性调控中的分子机制提供帮助。【方法】利用cDNA-AFLP技术分析大白菜核雄性不育两用系‘AB02’可育株(msms)和不育株(Msms)花蕾的基因表达谱,在可育株混合花蕾cDNA中扩增出1条特异条带TDF-24,通过RACE技术扩增该基因的cDNA全长序列,采用生物信息学软件分析所克隆基因的编码蛋白特性,利用荧光定量PCR技术分析基因时空表达模式。【结果】该基因编码大白菜果胶甲酯酶(EC 3.1.1.11),被命名为BrPME1(GenBank登录号：HM185497)。BrPME1全长cDNA序列为1 290 bp,编码1个包含363个氨基酸的前体蛋白。BrPME1蛋白N末端1—23位为信号肽,成熟蛋白含有保守的果胶甲酯酶酶活结构域,而不含酶活抑制位点。预测BrPME1蛋白含有10个磷酸化位点、1个酰胺化位点和6个N端豆蔻酰基化位点。BrPME1在两用系不育株花蕾中表达量很低,在可育株的大花蕾以及成熟花药中高水平表达。【结论】BrPME1是一个受大白菜细胞核雄性不育基因抑制的果胶甲酯酶基因家族成员。     

百日草雄性不育系的获得及其细胞学观察

 【目的】获得百日草雄性不育系,并探索其花药发育机制,为百日草杂种优势的利用提供一条新途径。【方法】采用自交F2代出现的不育材料连续回交获得的不育系再进行兄妹交、可育株自交,结合与多个自交系测交进行不育类型鉴定,并对其细胞学进行研究。【结果】获得了百日草深红色单隐性雄性不育两用系AH209AB。正常可育的花药,其药壁由4层细胞构成,即表皮、药室内壁、中层和绒毡层;花粉母细胞减数分裂过程中的胞质分裂为同时型;成熟花粉为三细胞型。雄性不育株花瓣退化或丝状,雄蕊退化成丝状,内无花粉,外观呈绒毛状;花药在造孢细胞组织形成后,没有继续分化产生药壁结构、花粉母细胞及其花粉,为完全的结构性雄性不育类型。【结论】该雄性不育系属于无花粉囊型不育系,在F1代种子生产上具有重要的利用价值。     

被子植物心皮及其相关功能基因研究进展

【目的】汇总国内外心皮起源、作用和发育过程、遗传及激素调节、控制心皮发育的相关基因等研究结果,为作物多心皮品种改良提供参考。【方法】收集国内外文献资料,汇总、整理分析。【结果】心皮的起源目前有心皮学说和生殖叶学说两种学说;心皮具有保护胚珠、接受花粉致使卵细胞受精、保护和传播种子的作用;其发育过程通常在花的器官中经过折叠、卷曲形成内在的空间,胚珠被包裹在其中发育;心皮数目的遗传较为稳定,激素对其生长发育有重要影响;基因在调控心皮数量和发育方面具有重要作用。【结论】心皮作为被子植物雌蕊发育的关键,对于产量性状的建成极为重要。心皮研究应重点围绕心皮发育的全过程,尽早明晰调控心皮数量和发育的相关功能基因,通过基因改良培育出多心皮、高产优质品种。     

甘蓝Ogura胞质雄性不育系发生同源异型转化的分子机制研究

为了揭示甘蓝Ogura胞质雄性不育系发生线粒体同源异型转化的分子机制,利用RT-PCR和转基因的方法分别进行了研究。 RT-PCR试验结果表明,甘蓝B基因AP3在雌蕊(心皮)发育初期异位高表达,C基因AG3在发生心皮化的雄蕊部位异位高表达,这可能导致了甘蓝Ogura胞质不育系线粒体同源转化的发生。而拟南芥转基因试验表明,线粒体定位表达载体p3301-ATP-ORF138能导致拟南芥雄性不育的发生,这说明orf138基因是发生线粒体同源异型转化的甘蓝Ogura胞质雄性不育系不育的决定因素。     

茶树生长素合成酶基因YUCCA10克隆与表达分析

【目的】探究YUCCA10基因在正常花和不育花中的表达规律,为深入探索YUCCA10基因和生长素合成对茶树花器官发育的调控机制提供理论基础。【方法】前期研究茶树正常花与不育花转录组差异时,获得一条与YUCCA10基因高度同源的基因序列,利用‘云茶1号'茶树全长转录组数据库以及PCR技术克隆验证茶树YUCCA10基因,并对其生物信息学特征进行分析,同时运用qRT-PCR技术研究其表达特征。【结果】经验证YUCCA10基因含有1个1137 bp的开放阅读框,编码379个氨基酸,分子量为42.63 kDa,等电点为8.88,茶树YUCCA10蛋白具有NADPH结合位点和FAD结合位点,与多种植物YUCCA10蛋白同源。qRT-PCR分析CsYUCCA10在正常花中随着花的生长发育表达量增加,而在不育花的花瓣、雄蕊、雌蕊以及不同发育期中的表达均低于正常花。【结论】茶树CsYUCCA10基因在不育花中不能正常合成,从而影响了花的发育导致不育。     

甜瓜AMS基因结构分析及基因编辑载体构建

【目的】研究鉴定甜瓜雄性不育候选基因ABORTED MICROSPORES(AMS)的基因家族，分析CRISPR基因编技术并构建其敲除载体，为甜瓜雄性不育基因AMS功能验证提供依据。【方法】采用生物信息学技术鉴定甜瓜雄性不育候选基因ABORTED MICROSPORES(AMS)家族基因，分析其进化关系、保守基序及理化性质。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术以甜瓜AMS基因外显子区设计gRNA引物，以载体pHSN401为模板，扩增获得sgRNA克隆框，使用Bsa I酶切pHSN401载体，利用DNA重组酶构建重组载体并转化农杆菌，挑选单克隆进行培养，随后进行菌液PCR鉴定。【结果】甜瓜AMS基因编码的蛋白质长度从501～605 aa不等，平均分子量约为59 351 Da,等电点为5.04～6.45,甜瓜大部分AMS基因定位在细胞核；利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，在AMS基因的CDS区设计3个靶位点，分别是AMS-pHSN401-1、AMS-pHSN401-2和AMS-pHSN401-3。【结论】AMS基因主要被预测在细胞核中表达，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建...     

甘蓝型油菜隐性上位互作核不育系的选育及其细胞学研究

【目的】利用甘蓝型油菜隐性上位互作细胞核雄性不育材料的杂种优势,阐明其雄性不育的机理。【方法】以引进的油菜杂交种"皖油14"为材料,采用自交、姊妹交、测交的方法,对其后代进行选育;通过石蜡切片法,对选育得到的纯合两型系中的可育株1740B、不育株1740A及全不育系1740CA植株的雄蕊发育特点进行细胞学观察。【结果】选育得到甘蓝型油菜隐性上位互作细胞核雄性不育材料的临保系1740C和纯合两型系1740AB。细胞学观察结果表明,可育株1740B的雄蕊发育正常,可形成成熟的花粉粒,花药发育过程主要包括孢原细胞时期、造孢细胞时期、花粉母细胞期、减数分裂期、单核花粉期、二核花粉期和三核花粉期;纯合不育株1740A的雄蕊败育发生在四分体后期,由于四分体周围的胼胝质不能解体和绒毡层细胞的径向肥大,使得四分体被挤向药室中央且原生质体浓厚,然后逐渐解体死亡,最后整个花粉囊萎缩变形;全不育系1740CA的花粉败育过程从小孢子时期到二核期均有发生,花粉细胞外只能形成极薄的一层花粉壁,绒毡层脱落并径向肥大,将花粉细胞挤向药室中央,花粉细胞质逐渐降解,细胞变形,最终变成一个无内容物的空壳。【结论】利用"临保系"进行测交选育是从定性的角度来辨别遗传分离比例的差异;甘蓝型油菜隐性上位互作细胞核雄性不育材料中,纯合不育株与杂合不育株的雄蕊败育时期及特征存在差异。     

利用Cre/lox重组系统建立番茄基因工程雄性不育恢复系

 【目的】利用Cre/lox重组系统具有的重组删除特性建立番茄工程恢复系,特异删除F1中的雄性不育基因恢复其育性。【方法】将TA29-Barnase雄性不育基因表达盒置于两个同向lox位点之间并与NPTⅡ基因、Bar基因融合后获得植物表达载体pBinBarloxTABn,转化番茄获得雄性不育转基因植株。Cre基因在 CaMV35S启动子的驱动下转入番茄获得工程恢复系。两者在开花时进行杂交,利用Cre重组酶删除F1中的TA29-Barnase不育基因表达盒使育性恢复。【结果】利用NPTⅡ作为转化筛选标记基因获得了番茄雄性不育转基因植株。转基因植株中的Bar基因能正常表达,真叶叶盘在含PPT 3 mg?L-1（phosphinothricin）分化培养基上能分化愈伤组织及芽;真叶具有抗PPT 20 mg?L-1浓度以上的能力。获得的TA29-Barnase转基因植株表现雄蕊退化、无花粉产生或产生少量形状畸形且无生活力的花粉。雄性不育植株自花授粉不能坐果,用非转基因保持系花粉授粉后,果实正常膨大结籽,杂交后代对除草剂Basta的抗性按1﹕1分离。不育植株与Cre转基因工程恢复系杂交后,果实也正常膨大结籽。对不育植株与Cre转基因工程恢复系杂交后代进行分子检测,结果发现同时含Bar 基因和Cre基因F1植株中的TA29-Barnase雄性不育基因被精确删除。TA29-Barnase基因删除植株育性被恢复,能正常开花结果。【结论】利用Cre/lox重组系统建立的Cre工程恢复系成功将番茄F1代中的不育基因删除,恢复了 F1的育性。该研究结果为植物基因工程雄性不育系的育性恢复提供了一条新的途径。     

芝麻雄性核不育材料发现及其育性遗传

在安徽省农科院作物所试验基地发现了芝麻雄性不育株,将其与可育株特征进行观察研究,结果表明:二者主要区别是不育株雄蕊败育彻底,雌蕊发育正常,具有正常的结实能力,镜检后花粉败育率为99. 9%,而可育株雄蕊、雌蕊、结实均正常,花粉败育率仅为2.0*!%.初步的遗传分析表明,控制雄性不育的遗传物质在细胞核中;在不同的基因型中,雄性不育性状受1～2对隐性基因控制;在某些基因型中,雄性不育性状可能受两个以上基因位点控制.     

优异高粱雄性不育系01-26A的组配降秆效应及其分子机理

【目的】高粱机械化生产是未来发展的必然方向,而合理的株型是机械化生产的基础与关键。育种过程中发现,矮秆雄性不育系01-26A具有和现有粒用高粱恢复系组配F_1都能降低株高的独特优势,是一个极其难得的株型调控材料。因此,对其株高遗传效应及调控基因位点进行研究,旨在探明其株高矮化遗传机理和调控机制,以期应用遗传育种手段促进高粱株型优化提供理论依据。【方法】以具有矮化株高效应的01-26A和不具矮化株高效应的7050A高粱雄性不育系为试材,重点对其与7个(包括6个粒用和1个甜高粱)恢复系的杂种F_1的株高及节数、穗柄下茎秆高度、穗柄长和穗长等相关参数的遗传效应进行分析,同时对调控株高基因的位点Dw_1、Dw_2和Dw_3(Dw_4暂未被克隆)进行测定与分析。【结果】高粱雄性不育系01-26A(A1细胞质)具有显著的矮化粒用高粱株高的效应,以其为母本组配的杂种F_1株高较以高粱雄性不育系7050A(A2细胞质)为母本组配的杂种F_1株高降幅为15.8%,绝对值一般不超过160 cm,而以其为母本组配的甜高粱杂种F_1株高降低不明显,不具矮化效应;01-26A矮化株高遗传效应主要表现在杂种F_1穗柄下茎秆高度明显缩短,茎秆中下部节间长度与株高变化相关性较高;01-26A杂种F_1穗柄长降低是造成株高变矮的另一原因,其效应小于穗柄下茎秆高度,而穗长对株高变化的影响很小;通过基因位点的序列和类型分析,确定了01-26A矮化基因Dw1—Dw3的基因类型,并通过多个杂交组合的株高遗传数据分析,推断01-26A基因型很可能是dw_1dw_1Dw_2Dw_2dw_3dw_3dw_4dw_4,即三矮高粱不育系;另外,通过对株高调控基因研究分析,发现01-26A的dw1和dw3矮化基因可能对粒用高粱杂种F_1株高影响效应更大,而Dw2的存在是造成其与甜高粱杂种F_1株高没有矮化的内在原因。【结论】高粱雄性不育系01-26A可能是具有dw_1dw_1Dw_2Dw_2dw_3dw_3dw_4dw_4基因的三矮高粱不育系,可通过降低杂种F_1穗柄下茎秆高度(主效)和穗柄长(次效),实现高粱株高的矮化调控;但其与甜高粱杂交,可能由于Dw2的存在,F_1并未发现明显的矮化效应。     

白菜雄性不育相关新基因BcMF1的分离及特征分析

【目的】筛选与白菜雄性不育性状相关的新基因,为研究植物雄性不育的分子机制提供依据。【方法】利用cDNA-AFLP技术分析白菜核雄性不育两用系‘ZUBajh97-01AB ’的表达差异,在可育株群中扩增出1条特异条带BcMF-A15T17,通过RACE和PCR技术扩增得到该基因的cDNA和DNA全长序列,并用Northern杂交验证了该基因的表达特征。【结果】该基因被命名为BcMF1,它的cDNA全长为1 684 bp,基因全长为1 985 bp,BcMF1基因仅在两用系可育株群的中、大花蕾中特异表达。推测的BcMF1蛋白含有471个氨基酸,与拟南芥未知功能蛋白家族DUF1216成员的相似性较高,预测该蛋白是一个定位在胞外的分泌蛋白。【结论】BcMF1基因是一个与白菜细胞核雄性不育相关的新基因。     

雄蕊雌化的研究现状

花发育是植物从营养生长转变为生殖生长的一个重要转折点。雄蕊雌化或称雄蕊心皮化是花器官发育过程中的一种同源异型突变体。本文简述了雄蕊心皮化突变体形成的机理,有关花器官发育模型、雄蕊心皮化的发现和特征及研究现状,并对雄蕊心皮化的原因做了初步探讨,指出了这种突变体在农业生产上的应用前景。     

植物花粉败育的研究进展

雄蕊心皮化、雄蕊受损和花粉发育异常等多种因素都可以导致植物雄性不育,形成败育的花粉粒。综述了在雄性不育中植物花粉败育与呼吸作用、膜脂过氧化、物质代谢和小RNA等的关系。     

水稻雄性不育突变体oss125的遗传分析及基因定位

【目的】对水稻甲磺酸乙酯（EMS）诱变产生的雄性不育突变体oss125进行遗传分析,并利用改进的MutMap方法克隆突变基因,为进一步探讨该基因功能及在农业生产上的应用奠定基础。【方法】用化学诱变剂EMS处理籼稻品种黄华占,通过观察表型,从突变体库中筛选出一株雄性不育突变体,记为oss125。将oss125与野生型黄华占进行杂交,调查F₁的育性和F_{2^{群体的育性分离情况。随机挑取F}2}中30个雄性不育表型的株系,提取DNA后等量混合形成DNA池,采用Illumina Hiseq 2000进行高通量测序。利用改进的MutMap方法分析测序数据获得候选突变位点,并进一步采用高分辨率溶解（HRM）方法确定突变基因与不育表型的连锁关系。对候选基因进行序列分析,同时利用RT-PCR分析该候选基因的表达模式。【结果】oss125突变体在营养生长期表型与野生型黄华占相同,进入生殖生长后,花粉经1% I₂-KI染色显示,以碘败为主（85%）,15%能正常染色,但植株表现为完全雄性不育。oss125作为花粉受体与野生型黄华占杂交能够正常结实,F₁表现为可育,F₂群体的可育植株与不育植株分离比为3﹕1,表明雄性不育表型由1对隐性核基因控制。利用改进的MutMap方法分析突变体测序数据,得到4个候选位点,其中3个位于基因间区,1个位于OsRPA1a的第二个外显子区,编码区A663位点突变为C,导致其编码的氨基酸从谷氨酰胺（Q）突变成脯氨酸（P）,HRM分析显示该突变与雄性不育性状紧密连锁。【结论】OsRPA1a是控制突变体oss125表型的基因,OsRPA1a编码区A663位点突变为C,导致花粉发育异常,植株表现为雄性全不育,但雌性发育正常。OsRPA1a参与水稻雄配子和雌配子发育过程,为水稻减数分裂和体细胞DNA修复所必需。前人报道OsRPA1a的T-DNA插入突变体表现为雌性全不育而雄性半不育,但oss125突变体表现为雄性全不育而雌性可育,说明该基因控制雄性发育和雌性发育的功能可能分布在蛋白质的不同区域,oss125突变体中的OsRPA1a点突变可能坐落于雄性发育功能区,不影响雌性发育功能。     

茶树MADS-box家族基因AGL9的克隆及表达分析

【目的】进一步了解AGL9转录因子基因的功能,以及该基因对茶树花器官形成与发育的作用。【方法】前期研究茶树正常花与不育花转录组差异时,筛选出一条与AGL9基因高度同源的基因序列,设计特征引物进行PCR扩增验证AGL9基因并对其生物信息学特征进行分析,同时运用qRT-PCR分析AGL9基因的特性表达。【结果】经验证AGL9基因含有1个726 bp的开放阅读框,编码242个氨基酸,预测分子量为27.67 kD,理论等电点为8.96,命名为CsAGL9。Blastn分析序列发现CsAGL9与多种植物AGL9蛋白具有高度同源性。保守基元分析表明,茶树CsAGL9具有MADS-box和K-box,属于E类功能基因。qRT-PCR分析CsAGL9在不育花的花瓣、雄蕊中的表达量高于正常花而雌蕊中的低于正常花。【结论】茶树CsAGL9基因对花瓣、雄蕊、雌蕊等花器官的形成和发育扮演重要的作用。     

石竹雄性不育系小孢子形成过程的细胞学观察

 【目的】研究石竹不育系与可育系小孢子形成过程的异同。【方法】利用压片及石蜡切片等方法观察石竹雄性不育系与可育系小孢子发育过程。该不育系（H-37B）是通过在石竹自交6代的自交系中发现的1株雄性不育株与可育株经过连续杂交和2代回交获得的不育系（H-37B）。【结果】可育系小孢子发育经历了造孢细胞、小孢子母细胞、四分体等时期,最后发育成花粉。不育系败育现象在造孢细胞增殖期、小孢子母细胞减数分裂期以及四分体至单核期都有发生。石竹可育花粉外形饱满,圆形,生活力强;而不育花粉外形空瘪,不规则,无生活力。【结论】绒毡层的异常发育是导致小孢子败育的主要原因。     

青花菜雄性不育系与保持系花蕾同工酶分析

采用聚丙烯酰胺凝胶垂直板电泳法对青花菜雄性不育系及保持系花蕾的雄蕊,雌蕊,花萼和花瓣进行了过氧化物酶（POD）,过氧化物歧化酶（SOD）,多酚氧化酶（PPO）,多酚氧化酶（PPO）和儿茶酚氧化酶（CAO）同工酶分析。结果表明,4种同工酶谱不仅在不育系与保持系之间有明显差异。而且在不育系或保持系内 花蕾不同部位之间也有明显差异。表现为花蕾的POD,CAO同工酶在不育系的谱带数多。而保持系谱带数少,PPO,SOD同工酶则正好相反,4种同工酶在不育系与保持系之间的差异主要表现在雄蕊上。