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.     

胚龄、NAA浓度、基因型对杂交小麦及其亲本幼胚培养的影响

以杂交小麦西杂一号、西杂五号及其亲本Fp1,Mp1,Fp2,Mp2为试材,采用幼胚培养一步成苗法研究了胚龄、NAA浓度、基因型对小麦幼胚培养成苗率及生长情况的影响。结果表明,幼胚培养最适宜的胚龄为16 d;最适宜的NAA浓度为0.13 mg/L;杂交小麦幼胚出苗率明显高于自交小麦幼胚,自交小麦品种中Fp2培养成苗效果较佳。因此,胚龄、NAA浓度及基因型对小麦幼胚组织培养具有明显的调节作用。在实践中应协调这些因素的作用,提高组织培养效率,从而缩短育种年限,加速育种进程。     

杂交小麦西杂5号及其亲本mtDNAs的RAPD分析

为了探讨小麦杂种优势组配与父母本线粒体DNA(mtDNA)差异的关系,以及小麦化学杀雄剂诱导小麦雄性不育与mtDNA的关系,利用RAPD技术对强优势杂交小麦新品种西杂5号及其母本FP2和父本MP2的mtDNA进行了比较研究.结果表明,在50条引物中,有20条引物在父本和母本之间,6条引物在杂种和母本之间分别扩增出差异带.杂种和母本之间mtDNA的差异,说明线粒体传给子代时,mtDNA受到新的核基因型背景的影响,或者受化学杀雄荆作用发生了一定的变异;父本和母本问mtDNA存在较大的差异,说明它们的线粒体基因组成不同,这很有可能用作杂交小麦强优势组合选配的预测指标而加以深入研究或利用.     

山羊草属不同细胞质对小麦籽粒戊聚糖含量的影响

为了利用小麦近缘野生种属的细胞质资源改良小麦品质,以山羊草属(Aegilops)不同种异源细胞质的5种异质小麦品种Chris为材料,与生产上广泛推广种植的4个常规小麦品种进行正反杂交,研究了异源细胞质对其F1籽粒戊聚糖含量的影响.结果表明:(1)在以5种异源细胞质材料为母本的杂交组合中, 仅有50%的组合其总戊聚糖含量高于反交对照,粗山羊草和偏凸山羊草细胞质对总戊聚糖含量具有普遍的正效应;粘果山羊草细胞质对总戊聚糖含量表现出轻微的正效应;柱穗山羊草和二角山羊草细胞质则表现出明显的负效应;(2)在以5种异源细胞质材料为母本的杂交组合中, 80%的组合其水溶性戊聚糖含量高于反交对照, 除二角山羊草细胞质对水溶性戊聚糖含量表现出负效应外,其他4种细胞质对水溶性戊聚糖含量都有一定的正效应,但5种细胞质之间差异均不显著;(3)尽管5种异源细胞质对水溶性戊聚糖含量效应差异不显著,但是柱穗山羊草、偏凸山羊草、粘果山羊草和粗山羊草细胞质对水溶性戊聚糖含量有一定的正效应.因此,如果选择合适的核质组合同样可以达到改良戊聚糖含量的目的.     

内参法在线粒体DNA纯度鉴定中的应用

为了确定普通差速离心法提取的小麦线粒体DNA(mtDNA)的纯度,以小麦肌动蛋白β亚基(β-Actin)、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶大亚基(RabcL)和细胞色素C 氧化酶第三亚基(COXIII)基因的片段作为内参标记,依靠聚合酶链式反应(PCR)及琼脂糖凝胶电泳技术,对提取的mtDNA进行了检测.结果表明,普通差速离心法提取的mtDNA中混杂有核DNA和叶绿体DNA(ctDNA).对提取的mtDNA稀释后再进行内参法检测,结果发现,当mtDNA稀释到DNA原液的300～400倍时,混杂其中的核DNA已达不到PCR反应的敏感度,但mtDNA、ctDNA仍能满足作为PCR反应体系模板的要求.此时,提取到的mtDNA可视为无核DNA污染的细胞质基因组DNA.     

石墨炉原子吸收光谱法测定植物样品中的痕量金

确立了植物样品在650℃灰化、用王水溶解、聚醚型聚氨酯泡沫塑料分离富集金、石墨炉原子吸收光谱法测定植物样品中痕量金的方法。对植物样品的灰化温度和分解方法进行试验研究并优化仪器条件。该方法灵敏度高,操作简单、快速。该方法的检出限为0．29ng/g,加标回收率为95％-105％,精密度试验表明其相对标准偏差分别为5．3％和7．4％。     

异源细胞质对小麦雄性不育系主要农艺性状、花粉粒核分裂及花药绒毡层降解的影响

为了更好地利用核质互作小麦雄性不育系并解析不同类型细胞核与异源细胞质互作对花药绒毡层细胞及花粉粒核分裂特征的影响,本研究以2套核(偃师9号细胞核和90-110细胞核)质(K型、B型、S型、V型和Ven型细胞质)互作雄性不育系及其保持系(偃师9号保持系和90-110保持系;偃师9号细胞核属1B/1R类型;90-110细胞核属非1B/1R类型)为材料,调查其主要农艺性状(株高、穗长、穗下节间长和分蘖数),观察不育系及其保持系花药绒毡层降解和花粉粒核分裂特征。结果表明,核质互作雄性不育系细胞核是1B/1R类型或非1B/1R类型时,其农艺性状受细胞质类型的影响,且存在不同程度的差异。S-偃师9号花粉粒核分裂异常发生在单核早期,属典败型;Ven-偃师9号花粉粒核分裂异常发生在单核晚期,属典染杂合型;K-偃师9号和V-偃师9号花粉粒核分裂异常发生在二核期,属染败型;B-偃师9号花粉粒核分裂异常发生在三核期,属染败型。K-90-110与S-90-110花粉粒核分裂异常发生在单核晚期,分别属染败型和圆败型;V-90-110和Ven-90-110花粉粒核分裂异常发生在二核期,V-90-110属染败型,Ven-90-110属典染杂合型;B-90-110花粉粒核分裂异常发生在三核期,属染败型。V-偃师9号和Ven-偃师9号花药绒毡层细胞降解异常发生在单核早期,K-偃师9号和B-偃师9号花药绒毡层细胞降解异常发生在二核期,而S-偃师9号花药绒毡层细胞降解异常发生在三核期;B-90-110、S-90-110和Ven-90-110花药绒毡层细胞异常降解发生在单核早期,K-90-110和V-90-110花药绒毡层异常降解发生在单核晚期。上述结果表明,异源细胞质分别与1B/1R类型细胞核和非1B/1R类型细胞核间存在互作模式的差异,会不同程度地影响核质互作雄性不育系的农艺性状,同时引发花药绒毡层细胞差异性代谢异常,最终导致花粉粒核分裂异常,产生不同的败育类型。本研究为进一步揭示小麦核质互作雄性不育机理和更好地利用异源细胞质提供了理论依据。     

小麦隐性核不育保持系表达载体的构建及拟南芥遗传转化

利用小麦杂种优势能够创制稳定的雄性不育系。相比于细胞质雄性不育系和光温敏雄性不育系,细胞核雄性不育具有育性稳定、易恢复、不受环境影响等特点。小麦隐性核不育基因 ms1的克隆以及杂交制种技术(hybrid seed production technology, SPT)的开发,为雄性不育的保持和杂种优势利用奠定了基础。本研究将小麦花粉育性恢复基因 Ms1、花粉致死基因 ZmAA1、红色荧光蛋白基因 DsRed2及其特异性启动子和终止子连接到表达载体pGEII上,转化野生型拟南芥,得到6株转基因拟南芥。通过荧光显微镜观察拟南芥种子,发现野生型拟南芥种子表面平滑,不能发出红色荧光;而转基因种子表面呈现颗粒状,能够发出红色荧光。这说明表达载体构建成功,并能够在拟南芥中成功表达。这为创制人工小麦隐性核不育系奠定了理论和材料基础。     

不同山羊草属细胞质对小麦淀粉粘度参数的影响

为了利用小麦亚族丰富的细胞质资源改良小麦淀粉品质,以具有山羊草属（Aegilops）6种不同异源细胞质的异质小麦品种Chris为材料,与生产上广泛种植的4个常规小麦品种进行正反杂交。研究了异源细胞质对其F1籽粒淀粉粘度参数（峰值粘度和稀懈值）的影响。结果表明．（1）在以6种异源细胞质材料为母本的杂交组合中,70％的组合其峰值粘度高于反交对照。78％的组合其稀懈值高于反交对照;偏凸山羊草、单芒山羊草、粗山羊草和二角山羊草细胞质对峰值粘度和稀懈值的影响具有普遍的正效应,其中尤以偏凸、粗山羊草的细胞质正效应最大;而粘果山羊草和柱穗山羊草对峰值粘度和稀懈值具有负效应。（2）在核背景相同而质背景不同,以及质背景相同而核背景不同的情况下,其峰值粘度和稀懈值差异显著,表明在峰值粘度和稀懈值方面存在着显著的核质互作关系。这些结果说明利用异源细胞质改良小麦淀粉品质性状是可行的,但应注意选择合适的核质组合。