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.     

F型小麦雄性不育系和SQ-1诱导的不育植株花粉形态电镜扫描观察

利用电镜扫描技术,对F型小麦雄性不育系和化学杀雄剂（SQ-1）诱导的不育植株花粉粒形态结构进行观察,比较花粉粒大小、形状及萌发孔孔盖等特征。结果表明,正常发育、SQ-1诱导和F型不育系三者之间花粉粒极轴长度差异均达到极显著水平。SQ-1诱导和F型不育系花粉粒均为典型的不规则败育形状,萌发孔孔盖均有不同程度凹陷,同时发现萌发孔孔盖脱落现象。     

小麦生理型和遗传型雄性不育系及其保持系小花完整叶绿体蛋白质组分比较研究

采用固相pH梯度SDS聚丙烯酰胺双向凝胶电泳技术,以小麦遗传型雄性不育系ms(S)-1376、杀雄剂SQ-1诱导的生理型雄性不育系ms(A)-1376,以及对应的保持系(A)-1376 (杀雄剂诱导前的正常可育系)所构建的等基因和等生理差异系为试材,比较分析了2种分离纯化完整叶绿体的方法。在确立了一套适用的技术方法的基础上,研究了三者在花粉小孢子萌发单核早期小花完整叶绿体蛋白之间的差异。采用30%、45%和60%的不连续蔗糖密度梯度离心的方法能够获得完整且纯度较高的叶绿体,经TCA-丙酮提取蛋白质后,PDQuest软件分析,在分子量14.4~66.2 kD,等电点4~7的线性范围内可分辨出2-DE图谱上239个较为清晰的蛋白质点,对其中的6个差异表达蛋白质点进行MALDI-TOF肽质量指纹图谱分析,从生物信息学数据库检索鉴定出6个差异蛋白质点分别是酰基辅酶A脱氢酶结构域蛋白、钙调结合蛋白磷酸酶、多催化功能肽酶、热休克蛋白60、光受体蛋白2及1个未知功能的表达蛋白质。这些蛋白质在供试小麦叶绿体物质能量代谢、叶绿体防卫抵御机制、叶绿体细胞内信号转导及植物极性生长等生理应答反应中起调控作用,它们能在本研究供试两不育系和对应可育系中差异表达,可能与雄性不育相关。     

小麦K-型细胞质雄性不育系COI1基因的克隆与表达分析

COI1(coronatine-insensitive 1)基因是茉莉素信号传导中起关键作用的基因,与植物的抗病性、花粉育性密切相关。为探讨COI1与小麦K型细胞质雄性不育性之间的关系,本研究从小麦K型细胞质雄性不育系豫麦3号中同源克隆得到COI1基因的三个拷贝。该基因大小为2.8 kb,开放阅读框为1 761 bp,编码586个氨基酸残基的蛋白,含有COI1蛋白典型的F-box和LRR保守结构域。进化分析结果表明COI1基因的三个拷贝分别与来自小麦祖先种乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草和粗山羊草、大麦以及短柄草的COI1亲缘关系较近,而与拟南芥、大豆、黄瓜等的COI1亲缘关系较远。利用中国春缺体四体系统进行染色体定位分析,发现它们分别定位于小麦4A、4B、4D染色体上。对COI1基因在小麦品种中国春的根、茎、叶和幼穗中的表达模式分析发现三个拷贝呈组成型表达,但幼穗中Ta COI1A的表达量明显高于Ta COI1B和Ta COI1D。在不育系、保持系和F1代不同发育时期的花药中,COI1基因的三个拷贝在不育系单核期花药的表达量明显高于保持系,在二核期至三核期(不育系花粉败育的关键时期),Ta COI1B和Ta COI1D在不育系和保持系中的表达趋势一致,而Ta COI1A在不育系中的表达呈上调趋势,在保持系和F1代中的表达呈下调趋势,说明Ta COI1A基因在不育系和可育系(保持系和F1代)花药中的表达有明显差异,可能跟不育系的花粉败育有关。     

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.     

小麦雄性不育育性转换相关基因TaG3BP的克隆与表达分析

为揭示YS型小麦温敏雄性不育的育性转换基础,以该类型不育系A3017不育幼穗和可育幼穗为材料构建正、反杂交SSH-cDNA文库,从可育文库中筛选出一个与G3BP(Ras-GTPase activating protein SH3 domain-binding protein)基因同源的EST序列(GenBank登录号为DY543200)。以该EST序列的同源性比对和拼接结果为依据设计引物,在可育幼穗中扩增出一条1230bp的cDNA序列。该片段含有与G3BP相似的由409个氨基酸组成的结构域,与水稻G3BP的氨基酸序列同源性为79%,被命名为TaG3BP(GenBank登录号为GU475149)。利用Real-time PCR检测TaG3BP基因在YS型小麦温敏雄性不育系花药发育各时期中的表达模式,发现该基因在育性转换的关键时期上调表达,且可育条件下的表达量高于同时期不育条件下的表达量。进一步对TaG3BP在3种不同类型的小麦K型雄性不育材料的不育系及其保持系的幼穗中的表达模式进行半定量RT-PCR分析,结果该基因在保持系幼穗中表达量较高,在不育系中表达量较低。表明该基因可能在其育性转换中具有重要作用。     

化学杀雄杂优小麦“津化1号”

化学药剂(植物生长调节剂)诱导小麦雄性不育——化学杀雄配制杂种一代技术,与遗传型“三系”法配制杂种一代技术相比,它具有制种程序简便、省工、省时的优点,并能避免优良杂交组合的亲本转育为不育秒、恢复系时,带来不良基因的弊端,因此,化学杀难在小麦杂种优势利用上有着极其光明的前景。 天津市农科院作物所从1988年开始,引进美国sogetel公司合成的多种化学杀雄剂,经鉴定筛选出“Sc2053”,此药剂诱导小麦雄性不育率可达100%,雄蕊活性不受影响,自然异交结实率可达75%,并完成     

小麦BNS雄性不育系及其转换系花药差异蛋白鉴定与分析

BNS是一个新发现的温敏核型小麦雄性不育系, 它有良好的不育性和转换性, 被认为在小麦杂种优势利用上有重要价值。为探讨BNS的不育机制, 以不育系及其转换系的单核早期、单核晚期到二核期花药为材料, 用2-DE和MALDI-TOF-MS方法分离鉴定2个系的差异蛋白。结果发现, 在转换系中, ATP合酶α和β亚基、胞质苹果酸脱氢酶、线粒体醛脱氢酶亚基、Rubisco亚基等呼吸、光合能量代谢蛋白表达丰富, 但在不育系中这些蛋白缺失或下调。在不育系中还分离出山梨醇脱氢酶、组蛋白H2B.2、Harpin诱导子1、延伸因子TU等非小麦正常代谢蛋白。根据这些差异蛋白的功能, 推测ATP合酶α、β亚基蛋白最可能是BNS不育的源头蛋白, 它的表达可能受其上游的温度感应子调控。BNS的温度感应子隐性突变后转录启动温度阈值上调, 在较低温下, α、β亚基基因不表达或表达量小, 导致ATP合酶数量减少, 继而影响ATP合成。ATP数量减少, 使小孢子ATP供应短缺, 进一步影响到小孢子的发育, 使代谢异常, 花粉败育。     

水稻野败胞质低温敏两用系新种质的初步研究

水稻低温敏两用系新资源３６３Ｓ是从三系杂交稻威优６３Ｆ２代分离群体中筛选培育的,具有野败不育胞质。在２４℃以下低温诱导表现稳定不育,２６℃以上高温诱导可育,这两种温度条件下其花粉育性与小穗育性表现一致;在２４～２６℃范围内,随温度升高,可染花粉增加,但小穗仍表现败育;短日处理有提高结实率的作用;恢保关系与目前使用的野败类型三系不育系基本一致。该不育基因可能与农垦５８Ｓ系统的光温敏不育基因不等位。     

小麦质核互作型雄性不育系线粒体DNA变异性的RAPD分析(英文)

在杂交小麦选育中,为了更好地利用细胞质雄性不育性,研究与不断挖掘新的不育细胞质类型及其对应育性恢复基因以改良现有不育资源至关重要.基于这一目的,本文对具有山羊草属细胞质的四类不育系线粒体DNA(mtDNA)进行了RAPD分析,分别比较了具有同一细胞质背景的山羊草、雄性不育系,以及该类不育系与恢复系组配的可育杂种F1的mtDNA的变异性.结果显示,供试山羊草与其对应细胞质雄性不育系在mtDNA上存在明显多态性,表明不育系在质核互作的影响下很可能已导致mtDNA发生变异:而不育系与对应的可育杂种F1在mtDNA上也存在多态性,同样表明育性恢复核基因对不育系进行育性恢复的过程中亦可能引起mtDNA发生相应变异;mtDNA变异很可能涉及到不育系育性本质的改变.     

一个与小麦雄性不育育性转换相关的MADS-box转录因子基因

为了揭示YS型小麦温敏雄性不育育性转换的基础, 构建了该类型不育系A3017的不育和可育幼穗正、反杂交的两个SSH-cDNA文库。经文库比较, 在不育文库中筛选出一个与MADS-box基因同源的EST序列(GenBank登录号: 36925702)。以该EST序列的同源性比对和拼接结果为依据, 设计引物对该基因在可育和不育幼穗中的表达进行了RT-PCR分析, 结果表明, 该基因在不育幼穗中表达量较高, 可育幼穗中表达量很低。对不育幼穗中扩增出的cDNA片段进行克隆测序, 获得了666 bp的cDNA序列。序列分析表明, 该片段编码160个氨基酸, 具有MADS-box转录因子的典型结构域K-box, 被定名为TaMS-MADSbox, 与一个小麦MADS box转录因子基因WAG的氨基酸序列的相似性为94%。进一步以3种不同类型的小麦雄性不育系和保持系的幼穗cDNA为材料, 利用半定量RT-PCR对该基因的表达模式分析发现也存在类似差异, 该基因在不育系幼穗中表达量较高, 而保持系幼穗中表达量较低。以上分析表明, 该MADS-box转录因子基因的表达与小麦雄性不育系的育性转化相关, 表达量高时表现雄性不育, 表达量低时表现雄性可育。     

温敏型雄性不育亚麻的研究

通过在自然条件下对亚麻雄性不育材料的特征特性和不育性表现的研究表明, 该不育材料农艺性状优良, 雄性不育特征明显. 温度对不育性有重要影响, 一定温度范围内, 高温能使育性提高, 结果率和结实率增加, 低温使育性下降, 结果率和结实率下降, 同时还发现不同材料对温度的敏感程度不同, 通过对杂交后代育性分离的分析, 表明几     

ATP合成相关基因在小麦BNS不育系育性转换中的差异表达

为了探讨ATP合酶α亚基和腺嘌呤磷酸核糖基转移酶(APRT)与温敏雄性不育系BNS育性的联系,利用荧光实时定量PCR方法,在花药发育的4个重要时期(四分体期、单核期、二核期和三核期),定量检测ATP合酶α亚基和APRT相关基因在不育及可育条件下花药中的mRNA表达水平。不育条件下,ATP合酶α亚基基因从四分体到二核期表达量持续下降,与可育株相比在单核期表达量显著下降;APRT1在4个时期的表达量低于其在相应可育条件下的表达量,而APRT2基因在BNS不育和可育条件下维持较低的表达水平。APRT相关基因表达量在三核期均有较显著提高,且可育条件下比不育条件下提高更明显。因此认为,ATP合酶α亚基基因与BNS育性转换密切正相关,APRT基因在三核期转录水平的变化与BNS育性转换有一定关系。     

水稻新质源(CMS-FA)雄性不育恢复基因的遗传研究

发掘水稻新型雄性不育细胞质源CMS-FA,育成系列优质米不育系和系列新质源恢复系,组配成强优势杂交稻组合的基础上研究新质源雄性不育恢复系的恢复基因遗传。采用新质源(CMS-FA)不育系金农1A与恢复系金恢3号杂交获得杂交F₁代种子,种植F₁代,收获自交F₂代种子。用F₁分别与不育系或保持系回交,获得(不育系//不育系/恢复系和不育系/恢复系//保持系)2个测交群体。同时种植P₁、P₂、F₁、F₂、B₁F₁和B₂F₁等群体,考察花粉染色率、套袋结实率和自然结实率,卡平方测验遗传分离适合度。结果表明,不育系与恢复系杂交F₁代正常可育,育性恢复(可育)基因为显性遗传。F₂代分离出可育︰不育适合3︰1,育性恢复(可育)基因为1对显性基因控制。B₁F₁和B₂F₁代2个测交群体的可育︰不育都适合1︰1分离规律,验证了F₂代育性恢复(可育)单基因的遗传模式。暂时确定新质源(CMS-FA)核质互作三系的基因型为不育系S(SS)、保持系F(SS)和恢复系S(FF)。     

大豆质核互作雄性不育系NJCMS3A双亲雄性育性基因的SSR标记

利用大豆质核互作雄性不育系NJMCS3A的质、核供体亲本N21566和N21249构建F₂和BC₁F₁育性分离群体进行雄性育性的遗传分析与基因定位。结果表明, F₁正反交可育,F₂和BC₁F₁的可育株与不育株分离比例经χ²测验分别符合3∶1和1∶1,表明NJCMS3A供体亲本雄性育性由一对基因控制,可育等位基因为显性。该基因可能是NJCMS3A的一个恢复基因。选用793对SSR引物对F₂和BC₁F₁群体分别进行育性基因定位,发现该育性基因位于O连锁群上,在Satt331和Satt477标记之间,与Satt331、CSSR133和Satt477标记距离的次序一致,分别为8.1~10.4 cM、11.4~16.4 cM、13.3~19.2 cM。     

一种普通小麦光温敏不育系的发现及初步研究

291S是笔者在普通小麦新品系西农291中发现的自然突变的雄性不育材料。本研究对291S的育性转换特性、雄性败育特点及不育性的遗传规律进行了初步分析。分期播种试验表明,291S是一种光温敏雄性不育系,秋播短日低温条件下表现为部分可育,春播长日高温条件下表现为高度不育,其可繁性和不育性经选择可以得到有效改良。291S在一定的光温条件诱导下会出现雄蕊心皮化现象。花粉粒I2-KI染色发现,291S在不育阶段花粉败育类型以圆败为主。遗传分析表明,291S可能为隐性核不育类型,其不育性由一对主效基因控制,还受到微效基因的修饰作用。291S类型的光温敏不育材料在两系法杂交小麦育种上具有良好的应用前景。     

A new male sterile mutant LZ in wheat (<Emphasis Type="Italic">Triticum aestivum</Emphasis> L.)

Genetic male sterility (GMS) genes in wheat (Triticum aestivum L.) can be used for commercial hybrid seed production. A new wheat GMS mutant, LZ, was successfully used in the 4E-ms system for producing hybrid wheat, a new approach of producing hybrid seed based on GMS. Our objective was to analyse the genetic mechanism of male sterility and locate the GMS gene in mutant LZ to a chromosome. We firstly crossed male sterile line 257A (2n = 42) derived from mutant LZ to Chinese Spring and several other cultivars for determining the self-fertility of the F₁ hybrids and the segregation ratios of male-sterile and fertile plants in the F₂ and BC₁ generations. Secondly, we conducted nullisomic analysis by crossing male sterile plants of line 257A to 21 self-fertile nullisomic lines as male to test the F₁ fertilities and to locate the GMS gene in mutant LZ to a chromosome. Thirdly, we conducted an allelism test with Cornerstone, which has ms1c located on chromosome 4BS. All F₁s were male fertile and the segregation ratio of male-sterile: fertile plants in all BC₁ and F₂ populations fitted 1:1 and 1:3 ratios, respectively. The male sterility was stably inherited, and was not affected by environmental factors in two different locations or by the cytoplasm of wheat cultivars in four reciprocal cross combinations. The results of nullisomic analysis indicated the gene was on chromosome 4B. The allelism test showed that the mutant LZ was allelic to ms1c. We concluded that the mutant LZ has common wheat cytoplasm and carries a stably inherited monogenic recessive gene named ms1g.