棉花细胞质雄性不育与恢复特性的cDNA-AFLP分析

为了揭示棉花细胞质雄性不育(CMS)及其恢复的分子机理,采用cDNA-AFLP技术,分析了棉花胞质雄性不育系、保持系、恢复系和F1开花前6 d花药的基因表达谱及其差异,结果表明:不育系花药的基因表达谱与其"同核异质"的保持系之间存在着巨大的差异,提示细胞质基因对细胞核基因的表达有调控作用,雄性不育基因引起核基因组的异常表达,可能是导致雄性不育的更直接的原因。恢复基因引入到不育系获得F1,其花药的基因表达谱与恢复系基本相同,提示核内恢复基因可以反作用于细胞质不育基因对核基因表达的调控机制,恢复花粉的育性。CMS基因对核基因表达的调控作用以及恢复基因对这种作用的逆转可能是棉花细胞质雄性不育及其恢复的重要原因。另外,还鉴定了36个在恢复系和F1优势表达而在不育系和保持系中不表达或者微量表达的cD-NA扩增片段,为恢复相关基因的克隆奠定了基础。     

棉花晋A细胞质雄性不育系及其保持系差异蛋白质组分析

【目的】对棉花晋A细胞质雄性不育系及其同核异质保持系MB177（JB）雄性败育关键时期的花药进行差异蛋白质组研究,为进一步揭示棉花细胞质雄性不育机理奠定基础。【方法】运用双向电泳技术对晋A细胞质雄性不育系及其保持系小孢子发育的造孢细胞时期和小孢子母细胞时期表达的蛋白质进行分离（考马斯亮蓝染色）;采用PDQuest8.0.1软件进行斑点检测,并经统计学分析确定获得差异表达蛋白质;对这些差异蛋白质斑点进行LC-Chip-ESI-QTOF-MS质谱分析,用Mascot软件搜索NCBInr绿色植物,鉴定差异表达蛋白质;对差异表达蛋白质进行GO和KEGG功能分析。【结果】PDQuest8.0.1软件分析表明,晋A不育系和保持系在花药发育的造孢细胞时期和小孢子母细胞时期的花蕾总蛋白质斑点数分别为1 525、1 540和1 554、1 540,这些蛋白质斑点的分子量分布在10-100 kD,等电点分布在3-10。经差异定量研究和统计学分析,共鉴定到15个在晋A不育系与保持系间显著差异表达的蛋白斑点,15个差异蛋白质斑点都得到了质谱特异峰图。对应的蛋白质H（+）-转运ATP合成酶、谷胱甘肽还原酶、线粒体上的ATP酶亚基、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基和UDP-D葡萄糖脱氢酶在不育系与保持系花药发育2个阶段均差异表达;膜联蛋白、S-甲酸谷胱甘肽水解酶、momilactone A 合成酶类似物、一个具有丙二烯氧化环化酶活性的未命名蛋白质和一个位于线粒体上的保守预测蛋白质仅在不育系和保持系花药发育的造孢细胞时期差异表达;β-羟酰-ACP脱水酶、丙酮酸脱氢酶-α亚基以及与花粉发育相关的一个预测蛋白质仅在不育系和保持系花药发育的小孢子母细胞时期差异表达。这些差异表达蛋白质主要参与小孢子与绒毡层发育过程,它们的下调或上调表达可能造成发育与代谢过程的不协调性,产生不正常的小孢子和绒毡层提前解体,从而导致雄性不育。采用荧光定量PCR分析核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基基因和H（+）转运ATP合成酶基因的转录变化,它们在转录水平与蛋白质表达的趋势一致。【结论】晋A不育系的小孢子败育可能与能量代谢紊乱、茉莉酸合成途径损害、细胞内大量ROS积累、查尔酮合酶活性下降有关。雄性不育的产生是一个复杂的生物学过程,涉及到多个基因的相互作用,构成了一个复杂的调控网络。     

线粒体蛋白质组学技术及其在植物细胞质雄性不育机理研究中的应用

利用差异蛋白质组学技术,比较研究不育系和保持系花药线粒体蛋白质组的变化,可以较全面地反映与育性相关蛋白质或多肽的表达变化特征,对于了解雄性不育花药败育发生的原因及其生理生化代谢机制具有重要作用。文章通过对植物线粒体蛋白质组学研究技术及其在揭示植物细胞质雄性不育（CMS）机理方面的研究进行综述,提出从线粒体差异蛋白质组学角度来揭示植物CMS的机理,是该领域研究的必然趋势。今后需加深对作物线粒体差异蛋白组学与其CMS机理的研究。此外,随着线粒体蛋白质组数据库的不断完善,蛋白质组学各种方法间的整合和互补,以及与其他学科（如基因组学、生物信息学等）领域的交叉研究,必将深入阐明CMS机理,从而加快植物杂种优势的利用。     

线粒体蛋白质组学技术及其在植物细胞质雄性不育机理研究中的应用

利用差异蛋白质组学技术,比较研究不育系和保持系花药线粒体蛋白质组的变化,可以较全面地反映与育性相关蛋白质或多肽的表达变化特征,对于了解雄性不育花药败育发生的原因及其生理生化代谢机制具有重要作用。文章通过对植物线粒体蛋白质组学研究技术及其在揭示植物细胞质雄性不育（CMS）机理方面的研究进行综述,提出从线粒体差异蛋白质组学角度来揭示植物CMS的机理,是该领域研究的必然趋势。今后需加深对作物线粒体差异蛋白组学与其CMS机理的研究。此外,随着线粒体蛋白质组数据库的不断完善,蛋白质组学各种方法间的整合和互补,以及与其他学科（如基因组学、生物信息学等）领域的交叉研究,必将深入阐明CMS机理,从而加快植物杂种优势的利用。     

几类小麦雄性不育系育性敏感期的可溶性蛋白质变化研究

[目的]研究几种小麦雄性不育系育性敏感期的可溶性蛋白质含量变化。[方法]以2种K型小麦雄性不育系及保持系和YS型温敏不育系为材料,对花粉发育过程中倒二叶和花药中可溶性蛋白质含量进行研究。[结果]不育系花药中蛋白质含量从减数分裂期至单核期呈上升趋势,而单核期至三核期呈下降趋势,且单核期至二核期下降速率最快;保持系在单核期至三核期蛋白质含量下降较不育系缓慢,整个时期可溶性蛋白质含量明显低于保持系;不育系和保持系叶片中可溶性蛋白质含量在整个生育期变化没有花药中变化明显;K型不育系和YS型温敏不育系蛋白质含量差异不明显;不育系可溶性蛋白质含量显著下降。[结论]蛋白质合成受阻或较多的蛋白质降解会导致生理代谢紊乱,花粉正常发育受到阻碍。     

红麻RPT4全长cDNA的克隆及其在红麻花药中的表达

[目的]克隆红麻细胞质雄性不育系与保持系花药中差异表达蛋白RPT4相应基因的cDNA全长,分析该基因在花药中的表达.[方法]采用同源克隆法和RACE技术相结合,从保持系L23B花药总RNA中克隆RPT4全长cDNA.通过半定量RT-PCR检测花粉小孢子败育前,败育期间和败育晚期该基因在不育系和保持系间花药中的表达差异.[结果]克隆得到1 596 bp的cDNA全长,最长开放阅读框(ORF)1 197 bp,编码398个氨基酸的肽序列;该蛋白与蓖麻中直系同源蛋白的相似性最高,达91.93%,内含3个模体Walker A、Walker B和arginine finger的保守域,暗示其具有复杂多样的重要功能.RPT4的mRNA在红麻不育系和保持系花药中均有表达,但在四分体前(败育前),不育系和保持系中的表达量一致;在小孢子单核期(败育期),不育系花药中的表达量比保持系中的低;而小孢子双核期(败育晚期)的表达变化则相反.[结论]RPT4参与红麻小孢子的发育过程,可能具有与红麻细胞质雄性不育相关的复杂分子功能.     

辣椒CHS基因表达的定量分析及与雄性不育的相关性

为了揭示辣椒胞质雄性不育(CMS)机制，以辣椒胞质雄性不育系9704A和其相应保持系9704B为材料，对其花蕾转录组进行了Solexa测序，经过生物信息学分析鉴别出1个花药特异性表达的查尔酮合酶基因(CHS)，该基因在保持系9704B中的表达水平为其对应不育系9704A的16倍；克隆后的序列比对分析表明，该基因属于CHS基因家族，与菸草花药特异表达的同源基因CHSLK的同源性达90%；用实时荧光定量RT–PCR对9704A和9704B的根、茎、叶中CHS基因的表达进行了定量分析，结果表明该基因在2种材料的茎中几乎不表达，在9704B的根和叶中表达量也极低，证实了在正常情况下该基因只在辣椒花药中有较高水平的表达；对不育系的定量PCR结果表明，CHS基因在9704A的根和叶中有异常的较高水平表达，结合其在花药中的低表达，推测辣椒不育系中CHS的异常表达可能与其CMS性状相关。     

花椰菜温敏雄性不育系GS-19花药败育的细胞学及转录组分析

【目的】对花椰菜温敏雄性不育系的花器形态、花药败育时期和败育分子机理进行研究,明确其不育特性发生的细胞学和分子机理,为进一步研究其雄性不育奠定理论基础。【方法】以花椰菜温敏雄性不育系GS-19为试验材料,不同温度(15℃和20℃)处理,采用形态学、细胞学方法及高通量测序技术(Illumina Hi Seq 2500),研究其形态特征、花药败育的细胞学及分子机理。【结果】花椰菜温敏雄性不育系GS-19的育性转换受温度控制,高温(20℃)不育,低温(15℃)育性恢复。GS-19不育株与可育株花器差异显著,不育株花器显著小于可育株。花药细胞学观察发现GS-19的花药发育过程有花粉母细胞的分化,形成正常花粉囊,不产生花粉粒或者产生微量的无生活力的花粉粒,花药发育受阻于花粉母细胞到四分体时期,形成了花粉粒外壁发育异常的拟"四分体孢子",逐渐降解,剩下花粉空壳,属于花粉母细胞败育类型。GS-19不育株和可育株花蕾转录组分析共获得67 930个Unigene,其中Nt数据库比对到相似序列数最多(52 191个),Nr数据库比对到相似序列次之(46 447个),KOG数据库比对相似序列最少(13 198个);GO注释到25 336个Unigene;KOG注释到13 198个Unigene;KEGG注释到14 778个Unigene。基因差异表达分析发现GS-19不育株花蕾和可育株花蕾中有2 170个基因差异表达,1 078个基因上调表达和1 092个基因下调表达。【结论】花椰菜温敏雄性不育系GS-19为高温不育类型,不育株花器显著小于可育株,花丝显著缩短,花药萎缩、干瘪,花药发育受阻于花粉母细胞到四分体时期,属于花粉母细胞败育类型。转录组测序获得了67 930个Unigene,差异表达基因2 170个。     

一个陆地棉新型核雄性不育系“035A”的初步研究

报道了一个具有两个重叠显性基因控制的陆地棉雄性不育系“０３５Ａ”的遗传分析。该雄性不育系不育花小,花药少,表现完全败育,不育性受两个显性基因控制,两个显性基因表现为部分连锁。这一不育系的发现,为棉花基因连锁和基因定位提供了新的遗传工具,并为提高陆地棉核雄性不育系的制种效益和Ｆ２ 代杂种优势的利用提供了一个新的途径。     

玉米C型细胞质雄性不育花药不同发育时期的转录组分析

【目的】通过分析玉米C型胞质雄性不育“三系”材料花药不同发育时期的转录组数据,以期阐明玉米C型胞质的不育和恢复机制,并解析不育基因与恢复基因之间相互作用的调控网络,为玉米C型细胞质雄性不育在不育化制种中的利用提供理论依据。【方法】以中国玉米生产上的骨干自交系豫自87-1为背景的C型胞质不育系、保持系、恢复系为材料,通过对3种材料减数分裂的前期Ⅰ、中期Ⅰ及末期Ⅱ（四分体）时期的花药进行转录组测序并利用hisat2、ballgown及DESeq2等工具进行生物信息学分析,寻找三系花药不同时期、相同时期不同材料间以及发育时序中差异表达的基因,预测C型胞质不育机制与育性恢复的调控网络;同时通过实时定量PCR对测序分析结果进行验证;通过酶活测定验证推测的C型胞质不育及恢复假说。【结果】所有材料的转录组测序共产生156.59 Gb的序列数据,比对并组装共得到53 035个基因;在恢复系与不育系、保持系与不育系以及“三系”花药不同时期之间共筛选出非重复差异基因5 676个,其中发育阶段差异基因4 705个,同时期材料间差异基因2 693个,发育时序差异基因135个。GO分子功能分析显示ATP和DNA结合相关的基因和锌离子结合基因得到高度富集;细胞组分中膜基本组分、核内及质膜内的基因得到富集;以DNA为模板的转录、转录调控、氧化还原及初级代谢等生物学过程中的基因得到富集。KEGG分析表明,差异基因主要富集于氧化磷酸化、碳代谢及糖酵解等能量代谢相关的途径中。不育系相对保持系而言,多个与氧化磷酸化相关的基因下调表达,而恢复系中不但相应基因的表达水平得到恢复,而且同时协调调节了同一能量代谢途径中的其他基因,定量分析显示差异基因的表达差异及趋势与转录组测序结果基本一致。ATP酶活结果表明不育系相比保持系,ATP酶活显著降低,恢复系中由于恢复基因的作用其活性得到大幅恢复。【结论】玉米C型胞质不育基因引起基因表达变化可能发生在减数分裂中期Ⅰ之后,末期Ⅱ之前;玉米C型胞质不育的形成可能是由于不育基因引起的能量亏损所致,而恢复基因则通过能量补偿促使育性得以恢复。     

太空诱变玉米雄性不育突变体的遗传分析

从卫星搭载的玉米自交系鲁原3624自交后代中选育出1份雄性不育突变体。通过田间观察和室内花粉镜检对其育性进行鉴定,并在不同生态条件下鉴定了不育性状的遗传稳定性,另通过测交、正反交、回交以及自交对不育性状的遗传特性进行了分析。结果表明:该不育突变材料雄穗无任何花药外露,花药内基本无可染花粉粒,且在不同生态条件下均能稳定遗传,属于隐性单基因控制的细胞核雄性不育类型。     

一个玉米细胞质雄性不育系的鉴定及遗传分析

【目的】阐明新育成的雄性不育系农系928cms-Q1261的胞质类型、败育时期和遗传机制,为其育种应用提供依据。【方法】将不育系在不同年份、不同地点种植,鉴定育性表现,通过测交、姊妹交、反交对不育性的遗传进行分析,利用特异引物进行PCR扩增鉴定胞质类型,通过石蜡切片法在光学显微镜下观察小孢子发育过程。【结果】农系928cms-Q1261雄穗无花药外露,花粉败育彻底,不育性表现稳定;质不育基因来自自交系Q1261,为S型;核不育基因来自农系928,由1对隐性基因控制;小孢子从单核晚期开始自溶,成熟期完全降解;自交系郑58能保持其不育性。【结论】农系928cms-Q1261属于S型不育胞质,是一种无花粉型的细胞质雄性不育系,其恢复系广泛。     

小麦生理型雄性不育系微丝骨架和胼胝质的变化与其相关基因的表达分析

【目的】研究生理型雄性不育小麦花粉细胞内微丝和胼胝质的结构及其相关基因的表达,并揭示其与生理型雄性不育的关系,为进一步研究化学杂交剂SQ-1诱导小麦生理型雄性不育的机理提供一定的理论依据。【方法】以化学杂交剂SQ-1诱导的生理型雄性不育系ms(A)-西农1376及对应正常可育系(A)-西农1376为试材,用TRITC-phalloidin标记细胞内微丝,苯胺蓝标记胼胝质,qRT-PCR技术分别对肌动蛋白解聚因子TaADF（Actin depolymerizing factor）、类葡聚糖合成酶TaGSL（Glucan synthase-like）进行差异表达分析。【结果】(1)在减数分裂前期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ这三个时期,生理型雄性不育系花粉细胞的微丝结构与可育系没有显著差异：前期Ⅰ,微丝分布于整个细胞质中,细胞核区域也可见少量微丝环绕细胞核;中期Ⅰ,微丝分布在细胞质中,在形成纺锤体部位染色更深,形成纺锤体微丝,由细胞两极发出的纺锤体微丝伸向赤道板;后期Ⅰ,在向两极移动的染色体的中间部位染色较深,微丝分布较多。(2)在早末期Ⅰ,与可育系相比,不育系花粉细胞没有形成清晰且明显可见的中国灯笼状成膜体微丝结构,且在细胞中线部位亦没有清晰可见的微丝累积。(3)晚末期Ⅰ,可育系花粉细胞在形成细胞板的部位是线性的、平滑的,成膜体微丝消失,而不育系花粉细胞在形成细胞板的部位形成了很大的缝隙,同时,可育系胼胝质在细胞板处的沉积比较平滑,而不育系胼胝质在细胞板处的沉积较可育系相比缺乏,并且是褶皱的、有裂纹的。(4)四分体时期,可育系花粉可见围绕细胞核的辐射状微丝,不育系花粉细胞中微丝呈模糊状态,并且不育系中胼胝质染色的整体荧光强度较可育系减弱。利用实时荧光定量PCR技术分析肌动蛋白解聚因子TaADF和类葡聚糖合成酶TaGSL在减数分裂期的相对表达量,结果发现,不育系中TaADF的相对表达量是可育系的4.28倍,由于TaADF表达量上调,加剧了细胞内微丝解聚,微丝结构受到破坏,同时不育系中TaGSL表达量下降,只有可育系的0.83倍,胼胝质的沉积也受到影响。【结论】TaADF在不育系中上调表达,破坏了细胞内微丝的正常结构,使微丝不能正常行使其功能,进而可能导致花药发育中与育性相关的某些代谢通路等受到影响。与此同时,微丝结构的破坏导致细胞板形成出现异常也可能是引起胼胝质在细胞板处沉积受到影响的一个重要原因。因此,微丝和胼胝质的异常变化与化学杂交剂SQ-1诱导的生理型雄性不育密切相关。     

文冠果雄性可育性相关cDNA片段的克隆与序列分析

针对文冠果单性雄花与两性花中存在的可育与败育两种不同类型雄蕊 ,为在分子水平上探讨雄性不育的机理 ,作者采用mRNA差别显示技术 ,分析始花期两种花药中基因的表达情况 .从雄花花药中初步筛选到N15和N2 42条与雄性可育性相关的cDNA片段 .同源性比较发现 ,N15片段与大豆质体rps12、rps7、16SrRNA、NADH脱氢酶基因共转录序列的同源性达 95 %,并与矮牵牛雄性可育系线粒体中的可育性相关基因结构吻合 ;N2 4片段的部分序列同拟南芥染色体 3中CHR3v0 7142 0 0 2基因序列的同源性为 80 %.该研究为进一步探讨育性相关基因调控文冠果育性的分子机理奠定了基础 .     

禾谷类作物编码与雄性不育相关线粒体蛋白核基因筛选策略

植物细胞质雄性不育（CMS）是指植物不能产生具有正常功能的花粉。控制CMS的基因存在于线粒体中,核基因对线粒体基因表达具顺向调节作用,而线粒体对核基因表达具有反向调节作用。目前植物线粒体蛋白组研究主要以营养器官为材料,主要粮食作物如水稻、小麦及玉米等都存在花药小、花期短、同一花序的花药发育不同步等。文章介绍了线粒体起源及植物线粒体蛋白组和植物CMS的研究现状,禾谷类作物花药线粒体蛋白组研究的重要性及困难,提出利用比较基因组学筛选水稻编码线粒体蛋白、与雄性不育相关的核基因的策略,以期为研究禾谷类作物特别是水稻CMS机理提供参考。     

萍乡显性核不育水稻不育株与可育株同工酶比较分析

对萍乡显性核不育水稻纯合不育株、杂合不育株和隐性可育株幼穗发育期的叶片、幼穗和花药中3种同工酶表达进行了比较分析，结果表明：叶片中，不育株（纯合与杂合）与可育株的酯酶（EST）、过氧化物酶（POD）、细胞色素氧化酶（COD）的同工酶酶谱未见差异，且在幼穗发育的不同时期也基本相同；幼穗中，不育株（纯合与杂合）与可育株的EST、POD、COD的同工酶酶谱在雌雄蕊形成期存在差异，与可育株的同工酶酶谱相比，不育株除在谱带的显色速度、颜色和带宽上存在差异外，在谱带数及其分布未见差异；在单核期花药中，不育株（纯合与杂合）比可育株多1条EST、少2条POD和2条COD同工酶带，在三核期也呈上述特征。表明水稻显性核不育基因在叶片中不表达、幼穗中部分表达和花药中充分表达，水稻显性核不育基因表达具有组织的时空和特异性。花药发育过程中基因表达程序的扰乱是引起花粉败育的最主要的原因。     

小麦雄性不育系周13S-1的育性与形态特征初步研究

通过分期播种试验对新育成的小麦雄性不育系周13S-1的育性进行研究,同时观察了其花器形态。结果表明:在湛江,10月25日播期,周13S-1表现彻底不育;10月15日、11月5日和11月15日播期,均表现高度不育;其余播期,表现部分不育。根据湛江气象资料分析认为,温度是引起周13S-1雄性育性变化的主要原因,高温使其雄性败育程度加重。周13S-1雄性败育呈现多种类型:花药有大量可育花粉但不开裂、花药雌性化和花药部分雌性化。未雌性化和部分雌性化的花药里存在部分可以被K I-I染色的花粉。该不育系的育成有望在生产上得到广泛应用。     

辣椒核型雄性不育小孢子发育时期生化特性的初步研究

以2份辣椒核型雄性不育两用系为试材,对不育株与可有株小孢子不同发育时期花药的部分生化特性进行了比较分析,并初步探讨了这些生化特性的异常与不育性表达之间的关系。结果表明：花药中的过氧化物酶活性从小孢子母细胞期以后不育株明显高于可育株,过氧化氨酶活性从小孢子母细胞时期开始不育株明显低于可育珠;可溶性蛋白含量从小孢子母细胞期以后不育株明显低于可育株。     

甘蓝型油菜胞质雄性不育系C MS22A的选育与遗传 I.双低不育系C MS22A的选育及其败育类型研究

甘蓝型双低油菜CMS2 2A是河南省农业科学院棉花油料作物研究所利用 384A中的雄性不育源、采用单株成对连续回交的方法育成的双低油菜细胞质雄性不育系。其突出表现为雄性不育彻底且遗传稳定 ,配合力高 ,抗病抗倒 ,品质优良。CMS2 2A属典型的败药型雄性不育系 ,雄蕊败育短缩至雌蕊基部 ,♂ /♀ <0 .5 ,花药退化变小、无花粉。雌蕊发育正常 ,花瓣虽变小皱缩 ,但花瓣开张正常 ,可以正常接受外来花粉、受精结实。不育率稳定保持在 99%以上。     

植物CMS 不育基因的研究进展

植物细胞质雄性不育是指植物的生殖器官不能产生雄配子,而雌器官发育正常,可接受外来花粉正常结实的一种生物学现象。细胞质雄性不育是由核基因和线粒体基因互作共同起作用,影响了植物花药的绒毡层和正在进行减数分裂的细胞,从而导致植物体花粉产生败育。在生产上细胞质雄性不育对于作物杂种优势的利用、杂交种的制种都有重要意义。雄性不育现象无论是在遗传方向还是分子水平上一直以来都是科学家们研究的热点,深入研究细胞质雄性不育的机制有利于更有效地在生产上加以利用。对近年来植物细胞质雄性不育中发现的细胞质雄性不育基因的来源及分类、细胞质雄性不育与杂种优的相互关系、细胞质雄性不育的机理及目前发现的细胞质雄性不育基因进行概述,并探讨了植物细胞质雄性不育研究的发展前景。