大白菜育性相关基因1F203片段的分离与表达分析

杂种优势的利用是提高白菜类作物产量的一个重要途径,也是遗传育种工作者集中研究的领域。为克服常规制种缺点,本课题组长期致力于雄性不育材料的创制,并积极在细胞和分子水平上分析其遗传规律。本次试验以大白菜核基因控制的雄性不育甲型两用系"AB01"(本课题组自主创制)可育植株和不育植株各级花蕾为材料,利用抑制消减杂交方法构建正反cDNA文库,并从中筛选出一个大白菜育性相关基因1F203片段;并利用白菜数据库及NCBI对该片段进行同源比对分析,确定其为SKS基因家族中的一员;同时利用RT-PCR技术对该片段进行了时空表达分析,明确其在可育植株成熟花粉中有较高表达。为接下来克隆该片段对应基因的全长序列,分析其生物学信息,研究其蛋白质功能提供帮助。     

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。     

化杀灵在油菜核不育两系制种除杂中的应用效果研究

甘蓝型油菜隐性细胞核雄性不育(GMS)两系制种,人工拔除50%的可育株,不但制种产量低,而且成本高;利用化杀灵WP3使GMS中的可育株雄性败育(化杀除杂),促使其杂交结实,保证了种子纯度,提高制种单产,降低制种成本,其纯度可达95%以上,两种除杂方式所产的杂种优势无明显差异.从而使GMS两系制种由"人工除杂"向"化杀除杂"转变,实现GMS制种产量高、成本低.     

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。     

黏类小麦细胞质雄性不育相关基因cMDH的克隆与表达分析

为深入研究黏类小麦雄性不育的分子遗传机制,利用抑制差减杂交技术构建了黏类小麦育性相关基因的二核期SSH文库.经文库筛选后,得到一个在可育文库中表达的与胞质苹果酸脱氢酶基因同源的EST序列.以该EST序列为信息探针,经电子克隆、RT-PCR、PCR克隆与序列分析,获得了小麦胞质苹果酸脱氢酶(cytosolic malate dehydrogenases,cMDH)基因的cDNA与DNA序列,利用荧光定量PCR技术对该基因在不育株和可育株花药中的表达进行了分析,并比较了MDH在小麦不育株和可育株中的活性变化.结果表明,该基因的cDNA序列长1213 bp,编码333个氨基酸;DNA序列长2 908 bp,含有7个外显子和6个内含子;该基因在不育株和可育株花药发育3个时期(单核、二核和三核)的表达均表现为先升后降的模式,而且该基因在不育株花药发育的二核期和三核期的表达相对于可育株被明显抑制;MDH在小麦不育株和可育株中的活性变化趋势与定量结果一致.推测该基因在花粉发育早期表达,它的下调表达可能影响了小麦雄蕊发育过程中的能量供应而导致雄性不育.     

GAPDH基因表达与小麦生理型雄性不育花药败育的关系

为分析三磷酸-甘油醛脱氢酶(GAPDH)基因与小麦(Triticum aestivum)生理型雄性不育花药败育的关系,本研究以新型小麦化学杀雄剂SQ-1作为诱导剂,普通小麦西农1376为材料,构建了西农1376不育和可育等生理系;采用半定量逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术分析了不育和可育等生理系不同发育时期花药中GAPDH基因的表达模式.结果表明,该基因在正常小麦花粉发育的单核期、二核期和三核期,表达丰度比较一致,没有明显变化,但在化学杀雄剂SQ-1诱导的生理型雄性不育花药中,不同发育期表达量存在显著差异,单核期表达最弱,二核期最高.与同期正常花药相比,GAPDH基因在生理型雄性不育花药三个发育期均呈下调表达,其中在大量花粉粒败育的单核期,表达量下调最显著,其次为三核期和二核期,证明化学杀雄剂SQ-1对GAPDH基因的表达具有明显抑制作用.因此,化学杀雄剂SQ-1诱导小麦生理型雄性不育形成过程中,可能与GAPDH基因表达减少导致细胞中能量供给不足有一定关系.     

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(BetV...     

棉花育性相关基因GhPG2的克隆与表达分析

多聚半乳糖醛酸酶家族是一个细胞壁水解酶,在许多高等植物的花粉中都具有高水平外切多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性,可能在花粉成熟和花粉管伸长中发挥重要作用。利用已报道与恢复基因连锁的分子标记STS679筛选陆地棉Y18恢复系核基因组BAC文库,获得一个阳性克隆Z55E7,对该克隆测序获得6个基因,其中一个为编码多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase)基因,暂被命名为GhPG2。在棉花细胞质雄性不育系、保持系和恢复系中对该基因进行序列和表达分析,以便进一步了解该基因与棉花细胞质雄性不育的关系。从BAC克隆中分离到GhPG2基因,对其进行序列分析,以半定量RT-PCR和实时定量PCR分析该GhPG2基因在棉花恢复系、保持系和不育系各个组织中的表达模式。分离到GhPG2基因的基因组序列为1 518 bp,其开放阅读框序列为1 239 bp,共编码412个氨基酸,包含PG基因家族的4个保守结构域。系统进化树分析表明,GhPG2基因与其他物种花粉表达的PG基因同属C分支。表达分析表明, 该基因在恢复系和保持系的花药、花瓣和VI级花蕾中高表达,而不育系的相应组织该基因表达量明显降低。GhPG2基因归类于花粉表达的一类PG基因。实验结果暗示GhPG2基因可能与棉花正常的花器官发育相关。     

烟草绒毡层特异启动子pTA29在棉花中的表达特性

烟草绒毡层特异启动子pTA29 (TA29 promoter)已用于多种植物雄性不育和花粉发育的研究。作为外源特异表达启动子pTA29在棉花中的表达特性尚不清楚,为了研究该启动子在棉花中的表达特异性,本文构建了pTA29:gus融合基因,并将其转入棉花。研究发现在GUS染液中添加10%的乙醇可以抑制棉花花药内源GUS活性。用改良的GUS染液进行组织化学染色表明,pTA29:gus转化植株的GUS活性主要存在于花药中,并在花蕾长为6 mm和15 mm的花药中有2个活性高峰,而在根、茎、胚珠、花瓣、苞叶中未被检测到。与烟草不同,在pTA29:gus棉花转化植株的叶片表皮毛和花粉中也能检测到GUS活性。定量RT-PCR分析表明转化子中gus基因的转录水平与GUS活性一致。上述结果表明,烟草绒毡层特异启动子pTA29可以控制下游基因在棉花花药中优势表达;在利用该启动子进行棉花基因功能以及雄性不育研究时,应注意该启动子在棉花中的表达范围和组织特异性。     

烟草绒毡层特异启动子pTA29在棉花中的表达特性

烟草绒毡层特异启动子pTA29 (TA29 promoter)已用于多种植物雄性不育和花粉发育的研究。作为外源特异表达启动子pTA29在棉花中的表达特性尚不清楚,为了研究该启动子在棉花中的表达特异性,本文构建了pTA29:gus融合基因,并将其转入棉花。研究发现在GUS染液中添加10%的乙醇可以抑制棉花花药内源GUS活性。用改良的GUS染液进行组织化学染色表明,pTA29:gus转化植株的GUS活性主要存在于花药中,并在花蕾长为6 mm和15 mm的花药中有2个活性高峰,而在根、茎、胚珠、花瓣、苞叶中未被检测到。与烟草不同,在pTA29:gus棉花转化植株的叶片表皮毛和花粉中也能检测到GUS活性。定量RT-PCR分析表明转化子中gus基因的转录水平与GUS活性一致。上述结果表明,烟草绒毡层特异启动子pTA29可以控制下游基因在棉花花药中优势表达;在利用该启动子进行棉花基因功能以及雄性不育研究时,应注意该启动子在棉花中的表达范围和组织特异性。     

大豆细胞质雄性不育系MADS-box基因的分离分析

采用cDNA-AFLP差异显示技术对大豆细胞质雄性不育系NJCMS2A与其保持系NJCMS2B间基因差异表达进行研究,结果从NJCMS2A花蕾中分离到一个差异表达片段,对该差异片段进行克隆、测序和序列比对分析,Blast检索结果显示它与大豆基因组中Gm13上g29510.1 cDNA片段的同源性达98.7%,与大豆中一个MADS-box基因的同源性达98%,氨基酸序列比对结果表明它与大豆中一个MADS-box蛋白有96%的同源性,与豌豆中MADS-box M7蛋白有83%的同源性,与苦瓜中MADS-box2蛋白有88%的同源性,与海岛棉典型的MADS-box基因编码的AGAMOUS蛋白保守区有83%的同源性,进一步对其氨基酸序列进行结构和功能预测显示该差异片段具有MADS-box转录因子的典型结构域K-box,证明其编码蛋白为一MADS-box转录因子,半定量RT-PCR分析结果显示其在NJCMS2A花蕾中表达量很高,而在NJCMS2B花蕾中表达量很低,推测该差异片段可能与大豆细胞质雄性不育有关。     

甘蓝型隐性核不育杂交油菜制种中父本和可育株花粉授精竞争力的研究

用花时指示性状作父本，隐性核不育系1601A（圆叶）作母本，父母本行比为1：10，在花期不拔除可育株让其父本和母本中可有株花粉对其不育株自由授粉，其父本花蕾总数占该群体可育株花蕾总数的17.3%的情况下，父本花粉授精竞争能力较强，不育株所结种子花叶株率达34.94%，父本花粉授精竞争力为1.02。其中，靠近父本的不育株所结种子花叶株率达80%，竞争力达3.63。母本可育花蕾虽占总花蕾的82.7%，但不育株所结种子中圆叶株率略只占65%，其母本中的可育株花粉授精竞争力为-0.27,而且即使母本中的可育株所结的种子，在靠迫父本的数行中，其父本花粉的竞争力仍为正值，强子可育株本身花粉的竞争力。     

一个水稻雄配子不育基因MGA1(t)的遗传及表达特征分析

在水稻转基因材料后代中筛选到一个自交后代标记基因呈1:1异常分离的雄配子不育突变体(暂命名为Male gametophyte abortion1,mga1(t))。该突变体花粉约50%败育,花粉败育表型与T-DNA共分离,且只能通过雌配子传递,表明mga1(t)是一个T-DNA插入引起的雄配子败育突变体。Southern blot分析表明,mga1(t)为单拷贝T-DNA插入突变体。侧翼序列分析发现T-DNA插入在水稻3号染色体上一个Bax inhibitor(BI)-1 like家族蛋白基因的5’非翻译区,该基因可能与细胞程序性死亡有关。RT-PCR表达分析显示MGA1(t)基因在水稻不同生长发育期均有表达,尤其在长度发育为0～7mm的颖花中强表达,表明该基因是一个水稻雄配子优势表达基因。     

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。     

春萝卜小孢子发生和雄配子体发育过程的解剖学研究

在显微水平上对春萝卜( Raphanus sativus L. )小孢子发生和雄配子体发育过程及其与不同发育阶段花蕾外部形态的相关性进行了研究。结果表明：春萝卜有6枚雄蕊,4强2弱,每个花药具4个花粉囊,成熟花粉粒属3细胞型并有3个萌发沟;花粉囊壁发育属双子叶型,由4层细胞构成,即表皮、药室内壁、中层和绒毡层,绒毡层细胞为腺质,二核,小孢子母细胞减数分裂的胞质分裂为同时型;植株花蕾大小在0.5～1.0mm时雄蕊孢原细胞开始分化,花蕾长4～6mm时,形成成熟的雄配子体。3.5-4.5mm的花蕾处于单核中期,可作为花药培养或小孢子培养的选材依据。     

棉花雄性不育研究和应用进展

综述了棉花雄性不育类型、不育机理和雄性不育系杂种优势利用状况,着重讨论了棉花雄性不育的细胞学、生理生化和分子生物学研究进展。并对本领域研究和应用中存在的问题及发展前景提出了看法。     

MiR156 and its Target Gene TBCC in Flower Development of Gossypium harknessii Cytoplasmic Male Sterile Line and its Maintainer

This study aimed to analyze the expression level and relationship between miR156 and its target gene TBCC (Tubulin binding Cofactor C) in buds of Gossypium at different developmental stage in a cytoplasmic male sterile(CMS) line and its maintainer line, to clone the full-length cDNA of the TBCC gene, and to determine the possible role of the TBCC gene in pollen development. Real-time RT-PCR showed that the expression levels of miR156 gradually increased with the development of pollen between the CMS line and the maintainer line. The expression of GhTBCC was strikingly complementary with the expression of miR156 in the maintainer line, but showed very low expression levels in the CMS line, which demonstrated that TBCC is related to male sterility. The full-length cDNA sequence of TBCC was cloned from the buds of the maintainer line, and the gene was named as GhTBCC. The CDS of GhTBCC is 1713 bp and encodes a predicted protein of 570 amino acids with a predicted molecular weight of 62.79 kDa. Conserved TBCC and CARP domains were observed in the predicted protein sequence. GhTBCC showed 81 %, 80 %, and 77 % sequence similarity to the TBCC protein sequences of Populous trichocarpa, Ricinus communis, and Arabidopsis thaliana, respectively.