遗传工程法改造绒毡层的遗传组成定向培育植物雄性不育系的现状及展望

植物的雄性不育系在品种的群体改良及杂种优势的利用户具有重要的应用价值。随着分子生物学研究的不断深入，现在不仅从拟南芥植物克隆了雄性不育基因（Aarts等，1993），并且通过遗传工程法改造花药绒毡层的遗传组成，定向培育出了油菜、”玉米、棉花等多种重要农作物的核雄性不育系，为雄性不育系的产生提供了一条新途径。1绒毡层提早解离与雄性不育1.1雄性不育系的培育实验证明，花药中的绒毡层对小孢子的发育起了很大的作用。绒毡层的提早或延迟解体往往导致小孢子不正常发育而表现雄性不育。为此，比利时植物遗传系统公司（PlantGene…     

高粱A2型细胞质雄性不育系小孢子发生的细胞学观察和减数分裂染色体行为分析

高粱凡型细胞质雄性不育性（CMS）的细胞质来源于IS12662C，A2细胞质杂交种目前已用于生产。本文以A2／B2 V4为材料，对A2CMS小孢子败育过程作了细胞学观察，并对小孢子败育过程中减数分裂的染色体行为作了分析。研究发现，在A2雄性不育系A2V4的花药发育过程中，绒毡层细胞不形成或提前解体；绒毡层细胞畸形化；绒毡层细胞虽发育正常，但小孢子母细胞减数分裂行为异常；这些都导致小孢子退化。A2细胞质雄性不育花粉母细胞减数分裂行为从后期Ⅰ开始出现异常，同源或姊妹染色体向两极分离时滞后或不分裂；染色体多倍化；一个细胞内出现多核和多核仁现象，最终导致小孢子败育。     

芦笋AoAMS的表达及编码蛋白与AoTDF1间的互作分析

拟南芥（Arabidopsis thaliana）ABORTED MICROSPORES （AMS）基因是调控绒毡层和花粉壁发育的关键基因。芦笋（Asparagus officinalis）中与AMS同源的基因尚未报道。本研究通过同源比对、系统进化树构建及基因表达量的综合分析,预测了芦笋的AMS候选基因并命名AoAMS;进一步以四倍体‘紫色激情’两性株自交后代中两性株花蕾为材料,通过RT-PCR分别扩增并获取AoAMS及与拟南芥DEFECTIVE IN TAPETAL DEVELOPMENT AND FUNCTION1 (TDF1)同源的基因（ AoTDF1）全长CDS序列,开展AoAMS编码蛋白亚细胞定位,与AoTDF1 间的互作分析及不同性别的芦笋花发育早期的无性别分化期（T1）、性别分化早期（T2）和晚期（T3）的表达分析。结果显示：AoAMS是具细胞核定位特征且与AoTDF1有互作的蛋白;AoAMS基因在雄花和两性花早期T1、T2、T3期发育的花冠、花药绒毡层、以及花粉中均有表达,但在雌花中相应时期及部位均无表达。研究结果表明AoAMS是专一性地在芦笋雄花或两性花中表达,并且可以与AoTDF1形成互作复合物,通过调控绒毡层及花粉正常发育相关基因的表达而在芦笋性别分化中行使促雄的功能。     

水稻不育突变株沈农05-9的形态和细胞学特征鉴定

以辽粳5号与丰锦杂交的高代系的突变株沈农05-9和其原始株系为材料,采用醋酸洋红染色压片技术及石蜡切片技术.进行了形态学特征、小孢子发生的细胞学特征观察.结果表明:该不育突变株花粉表现典败和染败,多数花粉母细胞减数分裂不形成二分体,而形成多核的花粉母细胞;花药表现干瘪且纤维化严重,绒毡层细胞在小孢子发育过程中提前解体.该不育突变株的减数分裂方式类似于萍乡型显性不育系及早稻昆植不育系.导致败育的直接原因为绒毡层细胞提前解体.     

UDT1/TDR基因过表达对水稻育性的影响

研究水稻颖花的育性机理对于水稻生产具有重要意义。UDT1和TDR基因编码参与水稻花药绒毡层发育的bHLH转录因子,其功能缺陷会导致雄性不育,本研究的主要目的是分析UDT1/TDR过表达在花药发育中的作用。构建了UDT1/TDR的过表达载体,利用农杆菌介导方法转化粳稻品种“龙粳11”,对T_(1)代转基因植株进行I_(2)-KI染色、花药形态观察及结实率统计,明确了其表型。qRT-PCR技术检测获得4个UDT1-OE株系和3个TDR-OE株系,UDT1/TDR基因过表达植株的可育花粉粒显著下降,花药发育不正常,结实率显著下降。UDT1/TDR过表达会影响水稻花药的发育,降低可育花粉比例从而造成雄性不育。本研究进一步揭示了UDT1/TDR对水稻育性的影响,为解析雄性不育分子机理提供理论支撑。     

Cre/loxP定位重组系统在植物雄不育和杂种优势中的利用研究

Cre—loxP是来源于噬菌体P1的一种位点特异性重组系统。目前，它已广泛应用于基因功能鉴定，动植物及微生物基因组的修饰以及基因的表达和调控。雄性不育系在杂种优势的利用中具有重要意义。本实验是以Cre—loxP系统调控细胞毒素基因barnase在植物雄性器官发育的特异时期在特异组织表达，从而达到控制植物育性的目的。1．在本实验中，通过PCR方法克隆了解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens的barnase基因，及其抑制因子barstar的DNA序列，同时，构建成功双元表达载体及基因枪转化载体，并已获得经分子险测呈阳性的小麦植株。2．osg6B是来源于水稻花药绒毡层的特异性的启动子，它在小孢子发育的四分体时期至单核花粉期在花药绒毡层中特异启动基因的表达，它具有较为严紧的时空特异性。以osg6B为启动子，构建了一组受控于Cre／loxP位点特异性重组系统的适用于基因枪法转化小麦的载体系统。其中，转不育基因(og6B—barnase)小麦植株生长正常，但开花后，花粉量明显减少，自交不能得到正常种子。进行花粉活力检测发现，转基因小麦大部分花粉表现为败育。花粉离体萌发试验表明，转不育基因小麦的花粉离体萌发率极低，几近败育。说明以osg6B驱动barnase在小麦花药中的表达可以导致雄性不育。3．以osg6B为启动子，构建了一组受控于Cre／loxP的用于控制双子叶植物育性的双元表达载体系统。以转cre基因的烟草作为受体，以含阻断序列的质粒农杆菌进行二次转化。二次转化株营养生长正常，但开花期花器官表现异常。具体表现为花瓣异常开裂或不开裂，花丝变短或粘连，花药提早萎蔫或异常开裂。推测这种现象的出现与启动子的组织特异性或barnase的渗露表达有关。4．二次转化株花粉染色因不同株系出现全部败育、部分不育和多数可育的情况。花粉离体萌发实验也得到了相似的结果。这说明通过筛选，利用Cre／loxP得到完全不育的植物株系是完全可行的。5．获得了9个barnase的突变体，初步推测第十四位氨基酸及第八十位氨基酸与核糖核酸酶活性有关。同时，发现barnase的第316位核苷酸序列为易突变位点，自然发生的突变多插入一个C，从而产生终止位点的改变。这或许会为今后barnase的克隆与利用提供一些参考。     

水稻(Oryza sativa L.)正常和无花粉花药绒毡层解体过程孢粉素行为的比较观察(英文)

 利用派罗宁B-黄色组分诱导孢粉素产生荧光的特异性,观察了水稻M 101品种以及它的无花粉型胞核雄性不育(GMS)突变体Ⅰ-15系花药绒毡层解体过程中孢粉素的行为。M-101品种花药绒毡层的解体过程大体可分为两个阶段:在小孢子发育期,绒毡层主要分泌孢粉素;在花粉发育期,绒毡层主要降解非孢粉素物质。Ⅰ-15系花药绒毡层的解体过程虽然出现了一系列异常现象,但绒毡层解体的起始时间和阶段顺序性与M-101品种相似。对绒毡层解体过程孢粉素行为的有关事态及其与花粉发育的关系等问题进行了讨论。     

光敏核不育水稻农垦58S细胞学研究

光敏核不育水稻农垦58S小孢子败育发生在单核晚期，败育在很短时间内完成。败育前，小孢子大量液泡化，最后只乘空腔。败育小孢子不能正常形成花粉外壁。花药绒毡层的异常，体现在解体延迟，内含物丰富，富含嗜锇颗粒，乌氏体及孢粉素不参与花粉壁的形成，绒毡层异常是农垦58S败育的重要原因。     

19种菊科植物花药结构及绒毡层的发育类型研究

花药结构和绒毡层的发育类型对菊科植物的系统分类和系统演化具有重要的意义。本研究采用苏木精和苯胺番红整体染色以及石蜡切片的方法,通过显微镜观察,对菊科7族19属19种植物花药结构及绒毡层的发育类型进行研究。结果表明,18种植物的花药由4个花粉囊组成,1种由2个花粉囊组成。花粉囊壁由表皮、药室内壁、中层和绒毡层4层细胞组成,中层细胞在花粉母细胞时期解体。随着花粉粒的形成,药室内壁先“U”形增厚,再进行条带状增厚。花粉母细胞胞质分裂类型有连续型和同时型2种,小孢子四分体以四面体形为主。绒毡层的发育类型有变形绒毡层和分泌绒毡层两种类型,变形绒毡层是管状花亚科植物的共同特点,分泌绒毡层是舌状花亚科植物的共同特点。从向日葵族向菊苣族的逐渐演化过程中,绒毡层的发育类型从向日葵族的变形绒毡层、经过变形绒毡层向分泌绒毡层的过渡类型逐渐演化为菊苣族的分泌绒毡层。变形绒毡层的形态在管状花亚科不同族之间有明显差异,绒毡层的发育类型和形态可以作为亚科和族分类的依据之一。     

K型小麦雄性不育系绒毡层结构变化及相关基因的表达分析

为揭示K型小麦雄性不育系的败育时期和败育机制,以K型小麦雄性不育系K519A及其保持系519B为材料,采用半薄和超薄树脂切片法对花药绒毡层进行显微和亚显微结构观察,并对孢粉素转运相关基因RAFTIN1和绒毡层细胞降解相关基因APs在不同生育时期的表达模式进行分析。结果表明,与保持系相比,不育系花药绒毡层在四分体时期提前降解,部分绒毡层细胞脱离中层侵入药室内,发育至二核和三核期绒毡层细胞只剩下细胞轮廓和少量附着的乌氏体。不育系小孢子细胞壁在单核期开始增厚,是同时期保持系小孢子细胞壁厚度的2.35倍,发育至二核期小孢子细胞壁继续增厚,但三核期不育系小孢子细胞壁比保持系小孢子细胞壁薄,仅是保持系花粉粒细胞壁厚度的89%,并且三核期不育系花粉粒出现畸形和质壁分离的异常现象。自小孢子母细胞时期至单核期,不育系中RAFTIN1和APs基因的相对表达量都显著高于保持系,但在二核期不育系中的相对表达量显著低于保持系。推测K型小麦雄性不育系K519A的败育可能发生在四分体期和二核期。RAFTIN1和APs基因的表达模式与细胞学观察结果相契合,故推测这两个基因很可能参与了K型不育系K519A的不育过程。