芸薹属植物雄性不育的发育生物学研究

针对雄性不育性发生的发育生物学问题,从雄性不育发生的发育阶段调控和环境调控角度综述了芸薹属植物雄性不育发生的细胞学、生理生化以及分子生物学的研究进展,提出从ＤＮＡ水平和基因表达水平以及应用细胞内信号传导模型探索雄性不育发生的分子机理的思路,并对其在分子育种中的作了展望 。     

水稻线粒体基因的表达受核背景的影响

高等植物细胞核与线粒体之间的互作机理一直是发育生物学的研究热点,而普遍存在于高等植物中的细胞质雄性不育现象的发现,为该领域的研究提供了极好的材料。以红莲型细胞质雄性不育系A、保持系B和两种杂交一代（F1和SF1）为材料,利用一种适用于线粒体基因表达分析的差异展示方法,研究了不同核背景下线粒体的变化情况。结果表明,核背景的改变对线粒体基因的表达具有广泛的影响。     

线粒体反向调控介导高等植物细胞质雄性不育发生机制

从高等植物细胞质雄性不育发生的基因调控网络角度出发, 综述了目前高等植物细胞质雄性不育的类型、不育发生相关线粒体因子及核恢复基因对线粒体因子的调控。同时, 结合课题组的研究探讨了线粒体通过可能的核质互作途径反向调控(mitochondrial retrograde regulation, MRR)核基因的表达介导雄性不育发生的分子机制。     

植物细胞质雄性不育及其育性恢复的分子基础

植物细胞质雄性不育是广泛存在于高等植物中的现象, 其表现为母性遗传、花粉败育, 但雌蕊正常。细胞质雄性不育在杂交种子生产中起着重要作用, 研究其分子作用机制有利于更有效地利用细胞质雄性不育。随着一些不育基因和恢复基因相继被克隆, 人们对一些细胞质雄性不育和恢复系统的分子作用机理已经有一定了解。本文综述了近年来对植物细胞质雄性不育基因和恢复基因作用机理研究的进展。     

植物细胞质雄性不育及其育性恢复的分子基础

植物细胞质雄性不育是广泛存在于高等植物中的现象,其表现为母性遗传、花粉败育,但雌蕊正常。细胞质雄性不育在杂交种子生产中起着重要作用,研究其分子作用机制有利于更有效地利用细胞质雄性不育。随着一些不育基因和恢复基因相继被克隆,人们对一些细胞质雄性不育和恢复系统的分子作用机理已经有一定了解。本文综述了近年来对植物细胞质雄性不育基因和恢复基因作用机理研究的进展。     

洋葱花粉发育过程中ATP酶的分布特征(简报)

在真核细胞中,除了线粒体和叶绿体ATPase的功能是合成ATP外,其余部位ATPase是水解ATP以获取生物能量的代谢酶,在生物体细胞内广泛存在。探索ATPase在细胞中的分布状态是研究细胞生理状态的一种重要手段。ATPase在细胞中的多少可反映出细胞当时的生活状态,这一特征已被初步用于探索小麦和水稻雄性不育的细胞生物学研究中,希望通过比较可育花药和不育花药中ATPase的分布差异寻找雄性不育的机理,发现     

离体受精作为技术平台在被子植物有性生殖研究中的应用

被子植物的离体受精10a前在玉米中已获得成功,尽管目前只在玉米获得完全成功和小麦获得部分成功,但离体受精技术的研究成果非常显著。目前离体受精技术已被用于其他的研究,如用分离的精细胞和卵细胞筛选配子细胞的特异基因和蛋白质：研究合子细胞被激活的机理：用不同种植物的精、卵细胞体外融合进行新的远缘杂交尝试;利用合子细胞易分裂和胚胎发生特征探索用其作为转基因研究的受体细胞等。以离体受精技术为基础在高等植物发育生物学和生殖生物学领域的基础研究和应用探索显示了巨大潜力。介绍了离体受精技术在被子植物有性生殖的研究成果和应用前景,为研究和利用被子植物有性生殖过程中的生殖细胞特征提供线索。     

植物细胞质雄性不育及育性恢复研究进展

植物细胞质雄性不育是一种广泛存在于高等植物中的母性遗传性状。细胞质雄性不育不仅为研究核质互作提供了良好材料,同时也是植物杂种优势利用的重要基础,其分子机理是目前研究的重点。多种研究证据表明,线粒体基因与细胞质雄性不育密切相关。随着分子生物学和分子遗传学的不断发展,许多植物的恢复基因已经被定位和克隆,进一步阐明了植物细胞质雄性不育和育性恢复的分子机理。本文综述了近几年植物中细胞质雄性不育和育性恢复相关基因的研究进展,并探讨了细胞质雄性不育/育性恢复系统在育种方面的应用。     

被子植物有性生殖过程中的细胞程序死亡

细胞程序死亡是植物发育过程中的一种普遍现象。早就认识到高等植物生殖器官中一些细胞的死亡对植物有性生殖具有重要作用。这些细胞的死亡过程与动物组织中的细胞程序死亡基本相同。但植物体内诱导生殖细胞程序死亡的信号及其传导系统则显示出其特点 ,有些还表现出雌、雄性细胞的相互作用。探索植物生殖过程中的细胞程序死亡现象将有利于澄清植物生殖过程中的一些机理问题 ,使过去的细胞学研究结果深入到分子水平进行探讨     

高等植物离体受精研究进展

高等植物的卵细胞深藏在子房内的胚珠体细胞组织中,形成了对高等植物受精过程研究的技术障碍。以前采用超微结构观察研究受精过程已取得了一定的结果,但用固定切片技术研究受精机理需将卵细胞杀死,并且不能进行定点追踪观察。将高等植物的精、卵细胞分离出来在体外诱导其融合的离体受精技术可在很大程度上克服这些技术障碍,对雌、雄配子的识别和融合,合子开始胚胎发生等一系列的受精和胚胎发生机理进行研究。分离的雌、雄配子及合子使应用分子生物学方法研究这些细胞的结构和功能成为可能。将合子的二倍性和胚胎发生特性与外源DNA转入技术结合起来可使转基因植物研究的后期工作简单化。另外,异种植物离体精、卵细胞融合和杂种合子的培养也是进行远缘杂交的一条有潜力的途径。     

mRNA differential display between sterile and fertile anther of rice and analysis of cDNA differential fragments

Ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃｍａｌｅｓｔｅｒｉｌｉｔｙ(ＣＭＳ)ｉｎｈｉｇｈｐｌａｎｔｓｉｓａｍａｔｅｒｎａｌｌｙｉｎｈｅｒｉｔｅｄｔｒａｉｔｔｈａｔｓｕｐｐｒｅｓｓｅｓｖｉａｂｌｅｐｏｌｌｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｖａｌｕａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｈｙｂｒｉｄｓｅｅｄｓ.ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣＭＳｒｉｃｅｔｏｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｙｂｒｉｄｒｉｃｅｖａｒｉｅｔｉｅｓｈａｓａｌｒｅａｄｙｂｅｅｎａｖａｉｌａｂｌｅｉｎＣｈｉｎａｓｉｎｃｅ1976.Ｉｎｒｅ…     

水稻花期高温胁迫研究进展与展望

水稻花期高温引起的不育危害,具有发生可预测性低、作用局限于特定部位、致害程度严重等特点.本文就水稻花期高温不育问题,在发生时间、致害温度、品种反应差异、作用机制、鉴定方法以及抗性性状遗传等方面作了综述.并结合在日本的相关研究及对中国江汉平原杂交中稻花期高温危害发生的气候条件、品种差异等的初步分析,提出了该领域研究目前存在的关键问题和主要解决途径.     

THE CYTOLOGY OF POLLEN ABORTION IN S CYTOPLASMIC MALE-STERILE CORN ANTHERS

The anther development of the S male-sterile cytoplasm and the fertile maintainer (N) cytoplasm versions of corn inbred W182BN and the restored S cytoplasm version of inbred NY821LERf was studied by light and electron microscopy and compared to pollen abortion in the C and T types of male-sterile cytoplasms. The S anthers did not deviate from the non-male sterile (N) anthers until a very late stage of pollen development. Tapetal cells developed and disappeared normally in the S version which differentiates this cytoplasm from the C and T types. Although some modified membranous structures were seen in a higher frequency in the large vacuole of the sterile S pollen than in the N and restored S counterparts, the mitochondria and other organelles in the S pollen appeared normal up to the time of pollen abortion. Pollen abortion in the S cytoplasm did not occur until the developing pollen was nearly mature. At this time the pollen grains disintegrated abruptly but other anther tissues appeared unaltered. The male sterility of S plants appeared to be determined by the pollen itself without external influence from the tapetum.     

Revision of the relationship between anther morphology and pollen sterility by cold stress at the booting stage in rice

Background and AimsCold stress in rice (Oryza sativa) plants at the reproductive stage prevents normal anther development and causes pollen sterility. Tapetum hypertrophy in anthers has been associated with pollen sterility in response to cold at the booting stage. Here, we re-examined whether the relationships between anther abnormality and pollen sterility caused by cold stress at the booting stage in rice can be explained by a monovalent factor such as tapetum hypertrophy.MethodsAfter exposing plants to a 4-d cold treatment at the booting stage, we collected and processed anthers for transverse sectioning immediately and at the flowering stage. We anatomically evaluated the effect of cold treatment on anther internal morphologies, pollen fertilities and pollen numbers in the 13 cultivars with various cold sensitivities.Key ResultsWe observed four types of morphological anther abnormalities at each stage. Pollen sterility was positively correlated with the frequency of undeveloped locules, but not with tapetum hypertrophy as commonly believed. In cold-sensitive cultivars grown at low temperatures, pollen sterility was more frequent than anther morphological abnormalities, and some lines showed remarkably high pollen sterility without any anther morphological alterations. Most morphological anomalies occurred only in specific areas within large and small locules. Anther length tended to shorten in response to cold treatment and was positively correlated with pollen number. One cultivar showed a considerably reduced pollen number, but fertile pollen grains under cold stress. We propose three possible relationships to explain anther structure and pollen sterility and reduction due to cold stress.ConclusionsThe pollen sterility caused by cold stress at the booting stage was correlated with the frequency of entire locule-related abnormalities, which might represent a phenotypic consequence, but not a direct cause of pollen abortion. Multivalent factors might underlie the complicated relationships between anther abnormality and pollen sterility in rice.     

大果白刺雄性不育系的细胞学研究

利用石蜡切片法对大果白刺花药进行细胞学研究,探讨雄性不育系发生败育的时期和方式以及雄性败育与药壁组织间的关系.结果表明:不育系小孢子母细胞形成前期,花药各部分结构发育正常.随着绒毡层的异常解体,多种异常现象相继出现,包括小孢子母细胞液泡化,中层、药室内壁、药隔细胞液泡化,细胞畸形,药壁细胞非正常解体等.退化后整个花药萎缩干瘪,不能开裂,无花粉.因此,大果白刺雄性不育系的绒毡层生理异常并提前退化是导致雄性不育的主要原因.     

太空诱变玉米核不育材料花粉败育的细胞学观察(简报)

玉米是最早利用雄性不育系生产杂交种的作物之一。在玉米T型细胞质雄性不育杂交种遭受毁灭性病害侵袭之后,科学家认识到利用细胞质雄性不育制种存在潜在的遗传脆弱性,从此试图通过多种途径来创造新的雄性不育．并对雄性不育材料的遗传多样性进行研究。空间诱变育种是80年代于我国发展起来的新技术,在农作物品种改良和种质创新上已初见成效。[第一段]     

玉米新选细胞质雄性不育系小孢子发育的细胞学观察及DNA甲基化分析

细胞质雄性不育在高等植物中普遍存在,是杂种优势利用的重要工具,为推动植物杂种优势的利用发挥了重要作用。文章以本课题组前期新选的玉米细胞质雄性不育系A1、A2及保持系18(红)为材料,利用石蜡切片技术对不育材料小孢子发育过程进行细胞学观察,采用高效液相色谱法(HPLC)对不同发育时期的叶片及不同发育时期的雄穗DNA进行甲基化分析,从细胞学和表观遗传学角度了解不育系A1、A2的败育机制。结果表明：不育材料A1、A2小孢子发生败育的主要时期为四分体时期至单核小孢子中期。在不育系A2中还存在另一种败育方式,即在花粉母细胞时期表现出败育特征。甲基化分析结果表明,保持系18(红)的叶片DNA甲基化水平从苗期到拔节期迅速上升,而不育系A1、A2叶片DNA甲基化水平基本保持不变;保持系雄穗DNA甲基化水平表现为从花粉母细胞时期到双核期逐渐升高,而不育材料A1、A2从花粉母细胞时期到双核期的雄穗DNA甲基化水平表现为先上升后下降的趋势,达到最高峰的时期均出现在小孢子发育的四分体时期。从小孢子发育的细胞学观察结果可以发现,小孢子败育的主要时期往往具有较高的甲基化水平,推测DNA甲基化水平变化可能与不育材料A1、A2的花粉败育有关。     

高通量转录组测序技术在植物雄性不育研究中的应用

植物雄性不育是指植物雄蕊发育受阻不能产生正常有功能花粉的现象。植物雄性不育不仅是生殖生理研究的宝贵材料,也是植物杂种优势利用的重要工具。由于高通量转录组测序技术几乎可以检测细胞内所有mRNA及非编码RNA的信息,已被广泛应用于生命科学研究的各项领域。在植物雄性不育相关研究中,高通量转录组测序技术在不同物种、不同败育类型中的应用已有报道,这为研究者在转录组水平综合了解植物雄性不育的分子机制及代谢网络提供了帮助。本文从测序文库构建策略、差异表达基因、非编码RNA的功能特征等方面综述了高通量转录组测序在植物雄性不育机理方面的研究进展,并探讨了转录组测序技术在花粉败育机制解析及育性相关基因定位中的应用价值,以期为植物雄性不育的相关研究提供参考。     

丹参雄性不育系Sh-B的鉴定与花粉发育过程的解剖学研究

在显微水平上对新发现的丹参雄性不育系Sh-B花药发育过程进行了解剖学观察,并对其花粉活力和结实率进行了鉴定。结果显示:根据花器官及花药的形态、大小以及花丝的长度,可以将Sh-B不育株分为3个不育类型,即Sh-B1、Sh-B2和Sh-B3。这3种不育类型均属于雄性不育,其花丝不到正常可育株的1/2,花药干瘪而瘦小,内无花粉粒或花粉无活力;其根、茎、叶以及种子形态结构与正常可育植株基本相似。产生雄性不育的主要原因有:花粉囊药室内壁纤维层加厚,影响花药壁开裂;小孢子母细胞周围不产生胼胝质或产生的胼胝质很少;绒毡层细胞延迟解体;花粉粒畸形。在其花药发育的小孢子母细胞时期、四分体形成前期、单核期、双核期均可能产生雄性不育的小孢子或花粉粒。