玉米S型CMS线粒体DNA R区及其orf77的表达研究

玉米S型CMS胞质育性基因被认为与其线粒体DNA高频重组R区相关。在多种S胞质不育材料中都观察到R区DNA的重组及其转录产物的变化。R区含orf55和orf77两个开放阅读框,其中orf77有3段与atp9同源。选用R区全长1．65kb DNA探针、254bp的orf77 DNA探针以及另外3个线粒体基因atp9、atp6和coxⅡ为探针,进行了Northern分析。研究发现：orf77与R区共转录;在不同核背景的S-Rf3rf3基因型试材的雄穗小花中,这两个探针均检测到2．8,1．6,1．1,0．9,0．7及0．4kb共6个转录本,而在恢复基因杂合的S-Rf3rf3基因型植株的雄穗小花中,2．8,1．6kb 2个转录本表达量减少或消失,1．1,0．9,0．7及0．4kb转录本则没有明显变化;另外T、C胞质材料的雄穗小花中则只检测到1．1,0．9,0．7及0．4kb4个转录本,没有2．8,1．6比2个转录本。以atp9为探针的Northern分析证明,所有以R区orf77为探针所检测到的1．1,0．9,0．7及0．4kb转录本实际上为atp9基因的转录产物,只有2．8,1．6kb的转录本为RNA区/orf77所特有。另外,atp6和coxⅡ探针在所有实验材料中均只检测到1种转录本,未发现RNA表达的差异。研究结果说明atp,atp6和coxⅡ基因与玉米S—CMS的形成没有关系,而R区或其中orf77是玉米S型CMS胞质育性基因的重要候选基因。     

10个线粒体基因在甘蓝型油菜NCa不育系统不同组织中的转录调控及其与育性的关系

用10个线粒体基因为探针,对NCα不育系、保持系和可育F1的苗期叶片、幼蕾及未成熟种子的线粒体RNA进行了Northern分析。结果表明,这10个线粒体基因除atp6外,其余9个基因在同一材料的不同组织中没有表达差异,都属于组成型表达的线粒体基因。其中,off139、orf222、atp1、cox1、cox2、cob、rm5S、rm26S等8个线粒体基因在不育系、保持系和可育F1的苗期叶片、幼蕾及未成熟种子中有着相同的表达,属于表达不受核基因型影响,没有组织特异性的类型：atp9基因分别在同一材料的不同组织中的转录也基本没有变化,但是在3个不同的材料间具有表达差异：可能属于表达受核基因型影响、没有组织特异性的线粒体基因。atp6基因也在3个材料的叶、蕾和种子中都产生相同大小的转录本,但是在各个材料的不同组织中存在着信号强度的差异,可能是属于表达既受核基因型影响、又有组织特异性的线粒体基因。Orf222和off139分别在不育系和可育F1幼蕾中产生相同大小和丰度的转录本,但是在保持系幼蕾中没有检测到转录本;orf222检测到的3条转录本分别为1．1kb、0．9kb、0．6kb,而off139检测到0．8kb和0．6kb两条带。atp9探针在不育系和保持系幼蕾中都检测到1条0．6kb的转录本,而在可育F1幼蕾中检测到0．6kb和1．2kb的转录本。讨论了orf222、off139、atp9基因的表达与NCα细胞质雄性不育的可能关系。     

甘蓝型油菜新型细胞质雄性不育类型NRO4270A的鉴定

甘蓝型油菜细胞质雄性不育系(CMS)NRO4270A是从萝卜甘蓝(Raphanus brassica,RRCC)与甘蓝型油菜(Brassica napus,AACC)远缘杂交后代中发现的一种CMS类型,该研究通过育性调查、恢保关系测定、花药发育的显微观察和线粒体DNA的RFLP分析对NRO4270A不育系进行鉴定。结果表明:(1)通过连续5年在冬油菜区和春油菜区的育性调查,发现NRO4270A不能产生花粉,败育彻底,不育性稳定,不受温度、光照等环境条件的影响,不育率和不育度均为100%。(2)将NRO4270A、pol、ogu、kos、hau等CMS分别与pol、ogu恢复系以及‘华双4号’测交,显示NRO4270A与pol、ogu、kos等不育系统的恢保关系明显不同。(3)通过对NRO4270A与保持系NRO4270B花药发育的显微结构观察和比较,表明NRO4270A花粉的败育时期为四分体期至单核花粉晚期,败育特点为:单核小孢子时期,单核花粉粒不能形成外壁,花药绒毡层液泡化,并逐渐膨大增厚,最后绒毡层和小孢子彻底消失,花粉囊变为空腔,花药完全败育。(4)利用18个探针/酶组合(由6个线粒体基因atp1、atp6、atp9、orf222、cox2、cob探针和3种限制性内切酶EcoRⅠ、BamHⅠ和HindⅢ组成)对NRO4270A、pol、ogu、kos、hau等CMS以及NRO4270B和‘华双5号’的线粒体DNA进行RFLP分析,在11个探针/酶组合中,NRO4270A均显示与其他材料明显不同的带型,表明其为新型的不育胞质类型。NRO4270A的发现和利用将有利于克服中国油菜主要CMS类型对环境的敏感性和生产上不育胞质类型单一化等问题。     

粘类小麦细胞质雄性不育基因的初步研究

许多细胞质雄性不育(CMS)基因涉及ATP合成酶基因或细胞色素氧化酶基因的片段,该研究选用‘中国春'小麦(Triticum aestivum)的atp1+atp9、atp6、atp8、cox2、cox3、nad9和T型小麦不育系的orf256基因片段作探针,对粘类小麦不育系、保持系、恢复系及其F1进行Northern杂交分析,以探寻粘类小麦不育系的CMS候选基因.结果发现,atp6在4种粘类不育系中的转录本大于保持系;cox3在4种不育系中的转录本小于保持系.由此推测atp6或cox3基因可能参与了粘类小麦CMS的形成.     

红莲型细胞质雄性不育水稻线粒体atp6基因转录本的编辑位点研究

以红莲(HL)型水稻细胞质雄性不育系A、保持系B及杂种一代F1为材料,首次比较研究了红莲型水稻线粒体atp6基因转录本的编辑位点及各位点的编辑频率.结果表明atp6基因的转录本有18个编辑位点,其中有15个发生在密码子的第一和第二位点上,这些位点的编辑最终会导致氨基酸种类的变化.18个编辑位点在A、B和F1中没有差异,但各位点的编辑频率在引入了核恢复基因的条件下发生了较大的变化,完全编辑的比例增加.这些结果首次证明HL型细胞质雄性不育与线粒体atp6转录本的编辑有一定相关性,编辑不充分的转录产物最终会干扰线粒体功能的正常发挥.     

辣椒核质互作雄性不育系线粒体不育基因CoxⅡ和atp6的克隆与序列分析

以辣椒核质互作雄性不育系9704A、保持系9704B和恢复系9701(简称"三系")为材料,根据GenBank报道的茄科作物线粒体CoxⅡ和atp6基因编码序列分别设计引物, PCR扩增辣椒"三系"线粒体DNA目的基因片段,研究辣椒"三系"线粒体DNA CoxⅡ和atp6基因的差异及与雄性不育的关系.结果表明:从辣椒核质互作雄性不育系中扩增到两个基因的部分序列atp6-706和CoxⅡ-708,GenBank登录号分别为FJ986191和FJ986190,生物信息学分析发现分离的atp6-706和CoxⅡ-708片段与GenBank报道的茄科作物线粒体CoxⅡ和atp6基因的相似性高达95%以上;在保持系和恢复系中均未能扩增到任何序列,说明辣椒雄性不育系的CoxⅡ和atp6基因与保持系和恢复系在线粒体DNA水平上存在差异,这种结构上的变化暗示可能与辣椒雄性不育相关.     

苎麻atp6和atp9基因的克隆表达及与细胞质雄性不育的相关性

摘要: 根据GenBank报道的双子叶植物线粒体atp6和atp9基因编码区保守序列设计简并引物, 通过PCR技术从苎麻细胞质雄性不育系、保持系和恢复系(简称“三系”) mtDNA中扩增目的基因片段, 发现所得序列开放阅读框虽不完整, 但与GenBank报道的其他植物线粒体atp6和atp9基因同源性分别高于94%和85%。采用DNA Walking步移法分别从3′端和5′端扩增两个基因片段的未知侧翼序列, 分离出完整的苎麻线粒体atp6和atp9基因, 包含了完整的开放阅读框。其中“三系”的atp6基因在mtDNA水平、转录和翻译调控水平、蛋白质水平上均无差异。不育系atp9基因在编码区3′端与保持系和恢复系相比存在若干个碱基的差异和缺失; RT-PCR分析还表明, 不育系atp9基因在现蕾期和盛花期的表达量很高。推测不育系atp9基因的结构变异和/或异常表达与苎麻细胞质雄性不育(CMS)的关系密切。     

水稻红莲型不育系雄性配子发育过程中线粒体功能基因转录本的编辑位点研究

RNA编辑普遍存在于高等植物线粒体中,是线粒体产生功能蛋白所必不可少的过程。以红莲(HL)型水稻细胞质雄性不育系粤泰A、保持系粤泰B及杂种红莲优6四分体时期的花药、单核花粉和二核花粉为材料,研究了线粒体功能基因———atp6、coxⅡ及嵌合基因orfH79转录本的编辑位点。结果表明,atp6转录本的编辑能力明显受到恢复基因的影响。atp6转录本在不育系中不被编辑或部分编辑,而在引入了恢复基因的杂种一代中,其编辑能力均大幅提高。coxⅡ转录本在3个材料中编辑状态没有差别,而嵌合基因orfH79在各个材料中均不被编辑。由此推测,红莲型水稻细胞质雄性不育与atp6转录本编辑能力的基本丧失紧密相关。     

CCACA碱基序列是玉米CMS-S线粒体orf355-orf77转录本剪切识别位点

玉米S型细胞质雄性不育系（CMS-S）及其近等基因恢复系是研究核 质互作机制的重要遗传资源和理想模式体系．目前认为,CMS-S花粉败育是由其线粒体内细胞质不育基因orf355-orf77表达的毒性蛋白引起,而核育性恢复基因Rf3可通过引发orf355-orf77转录本的降解而解除其毒性作用,使花粉育性得以恢复．本研究采用Northern杂交和3′-RACE技术确定了orf355-orf77转录本的剪切位点,并发现在育性恢复的花粉中,orf355-orf77转录本被剪切成小片段之后聚合了poly(A)序列,推测这一过程加速了mRNA分子的降解,是育性恢复的关键环节．利用生物信息学方法分析了orf355-orf77转录本6个剪切位点的侧翼序列,发现在剪切位点下游10个碱基的位置均含有5′-CCACA-3′序列,推测该序列受到特定功能蛋白的识别,然后募集核酸内切酶对其进行剪切．研究结果可为揭示玉米CMS S育性恢复机理提供重要的理论依据．     

玉米S型CMS线粒体DNA R区双向转录模式及其与不育相关性

玉米(Zea mays L.)S型CMS胞质育性基因被认为与其线粒体DNA高频重组R区相关.R区含orf355和orf77两个开放阅读框,其中orf77被认为是重要的胞质候选基因.RT-PCR分析发现R区为双链转录.其中一条为orf77-orf355的模板链,它的转录受植株核育性基因及生长发育时期的影响,在S(rf3rf3)(不育)基因型材料的黄化苗、S(Rf3-)(恢复)基因型材料的黄化苗及雄穗中,RT-PCR检测到这条模板链上R区的转录本完全相同,但S(rf3rf3)(不育)基因型材料雄穗的转录本则与上述三者不同,其转录本在5'端缩短了近238 b的长度.R区的另一模板链与coxⅠ或coxⅡ基因的模板链毗连,转录方向相同,这条链的转录不受核基因型和生长发育时期的影响,不育和恢复基因型材料的黄化苗及雄穗中的转录本完全相同.将orf77进行体外表达,制备抗体后对线粒体蛋白质进行Western杂交分析,未能检测到R区中ORF77蛋白质或多肽.推测orf77无翻译产物而且这可能与R区的双链转录有关.RT-PCR及Western分析结果表明玉米CMS-S可能与R区5'端DNA的转录调控相关.     

Organizational differences between cytoplasmic male sterile and male fertile Brassica mitochondrial genomes are confined to a single transposed locus.

Comparison of the physical maps of male fertile (cam) and male sterile (pol) mitochondrial genomes of Brassica napus indicates that structural differences between the two mtDNAs are confined to a region immediately upstream of the atp6 gene. Relative to cam mtDNA, pol mtDNA possesses a 4.5 kb segment at this locus that includes a chimeric gene that is cotranscribed with atp6 and lacks an approximately 1kb region located upstream of the cam atp6 gene. The 4.5 kb pol segment is present and similarly organized in the mitochondrial genome of the common nap B.napus cytoplasm; however, the nap and pol DNA regions flanking this segment are different and the nap sequences are not expressed. The 4.5 kb CMS-associated pol segment has thus apparently undergone transposition during the evolution of the nap and pol cytoplasms and has been lost in the cam genome subsequent to the pol-cam divergence. This 4.5 kb segment comprises the single DNA region that is expressed differently in fertile, pol CMS and fertility restored pol cytoplasm plants. The finding that this locus is part of the single mtDNA region organized differently in the fertile and male sterile mitochondrial genomes provides strong support for the view that it specifies the pol CMS trait.