大白菜细胞质雄性不育的分子鉴定及序列分析

为了获得3种大白菜细胞质雄性不育系Ogu CMS,Pol CMS,CMS96和保持系间的多态性以及定位大白菜CMS96不育系所属的不育类型,利用设计的atp6,orf222单一和混合引物PCR扩增3组11份同核异质大白菜细胞质雄性不育系和保持系mtDNA。结果表明,atp6引物在大白菜Ogu CMS不育系扩增的200 bp片段为其特异带;orf222引物仅在大白菜Pol CMS和CMS96不育系有扩增产物,但二者有3点完全不同:大白菜Pol CMS不育系扩增产物为675bp,CMS96不育系扩增产物为669 bp,二者相差6个核苷酸,后者定名为大白菜CMS96-orf222。大白菜CMS96-orf222与甘蓝型油菜Nap CMS的nad5c基因和Nap-orf222基因同源性均为99%,E值为0.0;大白菜Pol CMS的675 bp序列具有ORF224开放阅读框,没有保守结构域,而大白菜CMS96的669 bp序列具有ORF222开放阅读框和保守结构域YMF19。另外,atp6和orf222混合引物多重PCR扩增产物存在明显多态性:800 bp为大白菜保持系的差异带型;2 300 bp和1 500 bp为大白菜Pol CMS不育系特异带型;200 bp为大白菜Ogu CMS不育系特异带型;690 bp为大白菜CMS96不育系特异带型。该方法仅用一次PCR反应快速地将3种大白菜细胞质雄性不育系和保持系一次性全部区分开,为大白菜分子育种和常规育种更好地相结合提供了简单、快速、准确和重复性好的方法和手段。     

大白菜CMS96细胞质雄性不育系的特点分析

为了筛选和利用大白菜细胞质雄性不育系,对大白菜的3种细胞质雄性不育系：CMS96细胞质雄性不育系、波里马细胞质雄性不育系(Pol-CMS)和萝卜细胞质雄性不育系(Ogu-CMS)及其相应的保持系进行了主要植物学性状的比较研究。结果表明：Ogu-CMS存在多代转育后植株长势退化、杂交优势差,Pol-CMS存在育性受环境条件影响等缺点,而CMS96细胞质雄性不育系则克服了二者的缺点。另外,CMS96细胞质雄性不育系早期的晚抽薹性比保持系强、杂交种子的产量比保持系杂交种子产量高。CMS96细胞质雄性不育系不仅不育性稳定,多代回交不退化,而且杂交优势强,繁种产量高,表现出了广阔的育种应用前景。     

大白菜CMS96不育系和保持系电镜观察

为了研究大白菜CMS96不育系花药败育机理,采用透射和扫描电镜,观察大白菜CMS96不育系和保持系的花药发育过程、花药和花粉表面结构。透射电镜结果表明,与保持系相比,在减数分裂期,大白菜CMS96不育系绒毡层与花药壁中层分开,不育系花粉母细胞皱缩,形状不规则,空隙较大,严重影响减数分裂正常进行;在单核小孢子时期,小孢子开始液泡化,直至成熟花粉期完全液泡化为空细胞,细胞壁严重萎缩,堆积在一起,最终花粉失去功能,导致败育。扫描电镜结果表明,大白菜CMS96不育系药室内的花粉畸形,花粉粒空瘪,表现为凹陷、扁平等形状,表面纹饰也呈多种不规则形状。花粉囊不开裂,没有花粉散出。初步认为,大白菜CMS96不育系花粉的败育从减数分裂开始到成熟花粉,伴随花粉发育整个过程。大白菜CMS96不育系药室内花粉粒虽具有花粉壁的结构,但扁平、空瘪,重叠堆积在药室壁上,失去了活力,无法散开。     

大白菜胞质雄性不育线粒体基因特异分子RAPD标记及克隆

用随机引物对大白菜细胞质雄性不育系及其保持系线粒体DNA的RAPD分析,在不育系与保持系的线粒体基因组间存在明显的差异,用引物S259在不育系中扩增并克隆得到特异片断(mt)S259~600bp,序列分析表明该片断与油菜线粒体基因NADH脱氢酶第四亚基序列有部分相似性,片段与雄性不育的关系还需进一步研究。     

与大白菜细胞质不育相关RAPD特征片段的克隆和序列分析

为了研究和获得大白菜细胞质不育系和保持系线粒体DNA的多态性,选用153个RAPD随机引物,对3套材料,每套中包含不同来源、同核异质的大白菜细胞质不育系（Pol-CMS、Ogu-CMS和CMS96）和保持系线粒体DNA进行RAPD分析。结果表明,有4个RAPD随机引物可以在全部Ogu-CMS和CMS96不育系中扩增出特异带,有1个随机引物仅在所有Ogu-CMS不育系中扩增出特异带;同时将OPAH16随机引物扩增的与不育相关的特异带进行了克隆和测序。结果表明,所获得的特异片段均与拟南芥和甘蓝型油菜的线粒体基因组序列部分同源,但与已发表的不育基因序列没有同源性。由这5个序列推导出的蛋白质与拟南芥中的一种未知功能蛋白AtMg00760（ORF109b）具有部分同源性。这5个序列的可能功能正在验证中。     

玉米细胞质雄性不育材料研究的进展

本文总结了近２０多年来国内外在玉米ＣＩＭＳ材料方面的研究进展,从个体,细胞,分子等多个层次对玉米ＣＭＳ材料的分类方法,小孢子败育,遗传机理进行了介绍。     

哈克尼西棉细胞质陆地棉雄性不育系orf160的克隆及遗传转化

以哈克尼西棉细胞质陆地棉雄性不育系及其保持系、恢复系为材料,克隆并测序线粒体功能基因的侧翼序列。通过生物信息学分析,在atp4下游发现一个哈克尼西棉细胞质不育系特有的orf160。orf160全长480 bp,N端与atp6序列部分同源,C端序列与核序列部分同源;编码的159个氨基酸序列,与膜蛋白、细胞周期蛋白具有部分同源性。以含有线粒体导肽的GFP瞬时表达载体转化后,在洋葱表皮的细胞膜上观察到绿色荧光,表明线粒体定向载体正常表达。构建酵母和植物表达载体,分别转化酵母、烟草和拟南芥;同对照相比,转基因酵母菌斑畸形且生长缓慢;转基因拟南芥和烟草种子大部分畸形,T₁和T₂代植株的结实率和种子发芽率降低,花粉着色比野生型浅。结果表明,orf160基因的表达影响受体正常发育。     

高粱细胞质雄性不育的分子遗传研究进展

高粱细胞质雄性不育(CMS)有7种类型,即A1 ~A6 和9E。线粒体DNA(mtDNA)的异常重组、突变、缺失等现象被认为是CMS发生的重要原因。对CMS育性的恢复是通过细胞核基因来调节线粒体基因的表达而实现。叶绿体DNA(cpD- NA)的变异也可能与CMS存在一定的联系。     

关于植物细胞质雄性不育概念的商榷

植物细胞质雄性不育(Cytoplasmic male sterility, CMS)是一种不能产生有活力或可育花粉的母性遗传现象.尽管有学者认为CMS与叶绿体DNA有关,但越来越多的证据表明,线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)及其表达产物与CMS直接相关.为了准确地揭示这一类由线粒体DNA及其表达产物引起的CMS分子机制,我们提出了线粒体雄性不育的概念,其含义是指由线粒体遗传物质和细胞核遗传物质的共同作用控制的雄性不育.以区别于以前植物细胞质雄性不育的概念.     

向日葵细胞质雄性不育性的机制与利用

向日葵杂种生产采用三系配套系统完成。因此,向日葵细胞质雄性不育性的研究备受关注。其中研究较为清楚的是PET1细胞质,其不育机理是线粒体DNA重组形成嵌合基因,编码新的多肽,导致小孢子的败育。然而,这些基因如何影响小孢子发育的生理机制仍不清楚,有待进一步深入研究。丰富多样的向日葵CMS会大大降低因遗传单一性给大规模生产带来的风险;未发现恢复系的CMS可以用于无花粉观赏向日葵杂交种的生产。     

结球甘蓝细胞质雄性不育(CMS)类型的分子鉴定

本研究以高代回交转育获得的6个不育率和不育度均达100%且遗传稳定的结球甘蓝胞质雄性不育系为材料,通过对orf138与orf222基因的特异扩增发现,所鉴定的24个株系64个单株结球甘蓝CMS植株中59个单株既含有orf138基因,也有orf222基因.两种基因共存的结果暗示,该类CMS可能是ogura和nap两种类型的杂合体.进一步的序列分析结果表明,6个结球甘蓝CMS中所扩增获得的orf138基因与来自萝卜CMS的orf138基因序列完全相同;而除Bo134-2 CMS的orf222基因与甘蓝型油菜CMS orf222基因相比对有2个核苷酸差异外,其余5个CMS的orf222基因与甘蓝型油菜nap CMS orf222基因的相似性均为100%.其中,Bo134-2 CMS的orf222基因第191 bp的变异导致第64位氨基酸由精氨酸(R)突变成了赖氨酸(K).     

大白菜转育新型甘蓝型油菜细胞质雄性不育系的研究

用26份不同大白菜株系与甘蓝型油菜细胞质雄性不育材料CMS96进行多代回交转育，成功地转育出5份不同类型的大白菜细胞质雄性不育系（包括桔红心和黄心大白菜株系）。鉴定结果表明，这些不育系材料不育性稳定，不育度100％，不育率100％，蜜腺正常，花药白色退化，植株整齐一致，生长旺盛，是新型的优良大白菜细胞质雄性不育系材料。用其配制的杂交组合，杂种优势明显。     

利用分子标记鉴定白菜细胞质雄性不育类型的研究

通过对9份白菜细胞质雄性不育材料的不育胞质类型进行分子标记鉴定,以期为今后更好的利用分子标记来进行辅助育种奠定基础。通过CTAB法提取白菜的基因组DNA,根据GenBank中orf138基因保守序列设计2对特异引物,对9份白菜基因组DNA进行PCR扩增,将扩增出条带的PCR产物进行测序,在NCBI中进行同源性比对,最终确定其不育胞质类型。结果表明：2对特异引物PI/PII和PIII/PIV只在4份白菜雄性不育基因中均扩增出条带,在另外5份材料中未扩增出条带,与田间育性鉴定相符,获得4份白菜Ogura胞质雄性不育的分子标记;在GenBank中用BLAST进行同源性比对分析,发现L1-CI、L3-CI、L3-F1 3个不育材料的特异片段与已报道的青花菜Ogu CMS所具有的Ogu orf138基因（Genbank登录号：HQ149728）同源度高达100%,L1-F1的同源度达99%,出现了一个变异位点,另外5份材料的胞质不育类型有待进一步研究。通过该方法鉴定出9份材料中有4份材料是萝卜胞质雄性不育的材料,得到了4条分子标记,该结果可为白菜细胞质雄性不育的分子鉴定提供了新的标记,也为今后利用分子标记辅助育种奠定了基础。     

利用分子标记辅助选育大白菜核基因雄性不育系

本研究以含不育基因Ms的大白菜细胞核复等位基因型雄性不育两用系AB01的可育株(MsfMs)为供体亲本,以高代自交系‘a20’(msms)为轮回亲本,采用杂交和连续回交转育方法,利用与不育基因Ms连锁的SCAR标记syau_scr01辅助不育基因Ms选择,成功地将不育基因转育到可育品系‘a20’中,育成了不育度和不育株率均为100%,植物学性状与自交系‘a20’相近的新核不育系GMS4。选择结果表明syau_scr01选择的准确率为100%,验证了该标记可以用于大白菜核不育系转育辅助选择。     

一种紫色大白菜细胞质不育系的分子鉴定

为了获得紫色大白菜细胞质不育系的特异序列,鉴定该不育系所属的不育类型,应用设计的 orf138上、下游引物PCR扩增6份材料:紫色大白菜CMS不育系,保持系07-721,杂交F1,3个回交BC1单株BC1-1、BC1-2和BC1-3.对获得的差异片段进行克隆、测序,同源性比较.结果表明,在紫色大白菜CMS不育系、杂交F1、3个回交BC1单株上均扩增到309 bp的特异产物,而保持系07-721没有扩增产物.测序和同源性比对结果表明,紫色大白菜CMS的orf138与萝卜Ogura不育系的orf138、芸薹属作物与萝卜Ogu CMS体细胞杂种的orf138同源性均达到99%,E值为2e-155.证明了紫色大白菜CMS不育系为一种改良的Ogura萝卜细胞质不育系,同时初步探讨了该不育系和紫色基因的应用前景.     

白菜低温要求型晚抽薹性的相关序列克隆与分析

为了阐明低温要求型晚抽薹的分子机制,本研究利用易抽薹大白菜BY和晚抽薹芜菁"M.M"杂交获得的81个DH系群体为试材,从中选择了6个极早抽薹和6个极晚抽薹的株系分别组成早抽薹池和晚抽薹池.以两池和双亲为样本,以无低温和3～5℃处理25 d后获得的mRNA为模板,反转录为cDNA,利用256对AFLP引物组合进行cDNA-AFLP分析,筛选与晚抽薹性相关的特异片段.对其中3条差异表达、且丰度较高的cDNA片段进行了克隆测序.序列测定和Blast分析表明,p65m47 cDNA片段与C2结构域蛋白基因有80%的同源性,期望值为7e-17,C2结构域蛋白在细胞的信号转导中起着很重要的作用;p66m55 cDNA I片段与拟南芥AT1G32530 cDNA有85%的同源性,期望值为5e-36,它编码蛋白结合位点/泛素连接酶/锌指结合蛋白;p66m55 cDNA Ⅱ片段与拟南芥AT1G65590 cDNA有87%的同源性,期望值为4e-37,它编码B-N-乙酰已糖胺水解酶.     

大白菜线粒体DNA提取及细胞质雄性不育系RAPD分析

提取高质量线粒体DNA(mtDNA)是研究大白菜细胞质雄性不育系不育分子特性的前提。以大白菜绿色叶片为试验材料,应用一种省时、简便、操作步骤少的方法,快速获得3组11份大白菜的mtDNA(包括保持系、Ogu CMS、Pol CMS和CMS96细胞质雄性不育系)。试验中不需要加入DNase I酶消化核DNA,提取的mtDNA质量较好;同时,采用RAPD技术,对11份大白菜mtDNA进行多态性分析,获得了与大白菜Ogu CMS和CMS96不育系相关的差异片段10条,与大白菜Ogu CMS不育系相关的差异片段3条。初步证实:大白菜CMS96和大白菜Ogu CMS不育系既有相似性又存在差异性。