青花菜花粉发育基因MF21的克隆及表达特征分析

从青花菜自交系‘WN12-95B’中克隆得到花粉发育基因MF21。序列生物信息学分析表明,该基因全长468 bp,编码151个氨基酸,相对分子量为16.70 kD,等电点为8.56,为疏水性蛋白。青花菜MF21蛋白的信号肽长度为22个氨基酸残基。且该蛋白含有两个蛋白激酶C磷酸化位点,4个N端豆蔻酰化位点和一个酪氨酸磷酸化位点。不规则卷曲和β-转角是其二级结构主要构成成分。分子进化表明,MF21基因与同属的埃塞俄比亚芥进化关系最近。通过荧光定量PCR对青花菜MF21基因的时空表达特性进行分析,结果表明该基因在保持系花蕾中表达较高,具有明显的组织特异性。在Ogu不育系及其保持系不同发育阶段的花蕾中MF21相对表达量差异明显。     

青花菜细胞质雄性不育相关miRNA的鉴定与表达特征分析

植物miRNA是一类内源小分子RNA,在花粉发育和育性调控中具有重要作用。该研究利用高通量测序技术构建了青花菜细胞质雄性不育系及其保持系花蕾的sRNA文库,并通过qRT PCR技术检测育性相关的miRNAs及其预测靶基因的表达特征,为深入探讨miRNA调控青花菜育性机制提供理论依据。结果表明：(1)在青花菜中共鉴定到181个保守miRNA和8个新型miRNA,差异表达miRNA共47个,其中24个已知miRNAs和4个新型miRNAs表达上调,其余为表达下调;发现2个差异miRNA只在不育系中表达,7个差异miRNA为保持系所特有。(2)生物信息学分析表明,共鉴定到2个关联的miRNA mRNA对［miR859 1靶向的花粉外壁蛋白基因(T2/Unigene_BMK.21608)和miR5174e 1调控的氨基酸通透酶基因(T2_Unigene_BMK.31772)］,2个miRNA均负向调控相应的靶基因,均可参与青花菜小孢子发育以及雄性不育的发生过程。(3)qRT PCR分析显示,miR159a 1、miR164a 1、miR319a 1和miRn11在青花菜不育系中的表达量高于其保持系,其中miR164a 1、miR319a 1和miRn11的表达水平随着花蕾的发育不育系逐渐降低,而在保持系的表达呈上升趋势;miR319a 1和miR397a 2在雄蕊中的表达量高,而在其他部位的表达量较低,且miR397a 2在青花菜不育系中的表达量显著低于保持系。研究推测,miRNA可能是通过抑制雄性不育相关的PPR基因表达、调控LAC基因的表达以及调节激素和Ca²⁺介导的信号转导通路等,从而导致青花菜雄性不育的发生。     

辣椒雄性不育系葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因的克隆及表达分析

为了深入研究辣椒雄性不育与能量代谢之间的关系,该研究以辣椒近缘物种番茄的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因(G6PDH)同源序列为基础,采用电子克隆的方法克隆出辣椒CaG6PDH基因。利用荧光定量PCR技术,对辣椒雄性不育系9704A与其保持系9704B花蕾发育的不同阶段,以及保持系9704B不同组织(茎、叶、花、果皮、胎座、种子)中CaG6PDH基因进行表达分析。结果表明:两系中获得的CaG6PDH基因的编码序列一致,全长1 533bp,编码510个氨基酸残基;辣椒CaG6PDH基因在保持系不同组织中表达量存在差异,胎座中表达量最高,茎中表达量最低;辣椒CaG6PDH基因的表达量在花蕾发育的不同阶段雄性不育系均高于保持系,此种差异在小孢子发育的单核期与成熟期尤为明显,这种差异可能使雄性不育系能量代谢供应出现异常,从而影响小孢子的正常发育而导致雄性败育。     

辣椒雄性不育系SDH4基因的表达特性分析

为了探究线粒体电子传递复合体Ⅱ的关键酶基因(SDH4)与辣椒细胞质雄性不育的关系,该试验通过GenBank报道的辣椒线粒体基因组序列,特异引物扩增SDH4基因,并通过分析SDH4基因的时空表达及转录本编辑位点,以期找到辣椒细胞质雄性不育系9704A和保持系9704B的差异。结果表明:(1)从辣椒细胞质雄性不育系9704A和保持系9704B中获得的目的基因编码区片段长度一致,全长均为378bp,编码125个氨基酸残基。(2)辣椒保持系不同组织中SDH4基因表达存在差异,种子中表达最高,茎中表达最低。(3)在不同材料花蕾发育的同一时期,SDH4基因表达也不一致,在花粉母细胞减数分裂时期,不育系SDH4基因表达量明显低于保持系;而在造孢细胞增殖期、小孢子单核期和小孢子成熟期的表达量均高于保持系。(4)不育材料中SDH4基因在29位点出现RNA编辑,导致氨基酸由丝氨酸变为亮氨酸,增强了蛋白结构的疏水性能。研究认为,辣椒细胞质雄性不育系9704A和保持系9704B中SDH4基因的表达差异可能引起植物的能量代谢供应出现异常,从而导致雄性不育的产生。     

不结球白菜Pol胞质雄性不育系和保持系蕾期基因的差异表达

以不结球白菜Pol胞质雄性不育系及其保持系为材料,利用cDNA-AFLP技术分析它们蕾期基因的差异表达,以获得与胞质不育相关的差异表达基因.结果共得到7条在GenBank中有同源性的差异表达片段,5条存在于不育系中,2条存在于保持系中.序列分析发现,在不育系花蕾克隆到的5条差异片段,分别与芥菜胞质雄性不育系线粒体orf108和atpA、拟南芥焦磷酸酶基因、拟南芥的锚定蛋白家族基因、甘蓝型油菜中的水胁迫蛋白、大白菜叶绿体基因片段有较高同源性;在保持系花蕾克隆到的2条差异片段分别与拟南芥未知蛋白基因有较高同源性.采用实时定量PCR验证其中5条差异片段在不育系和保持系花蕾中的表达水平,结果表明bcA19T15、bcA7T9在不育系中特异表达,bcA6T9、bcA19T8、bcA12T19在不育中表达比保持系中略强.     

红麻MYB21基因的克隆、表达及载体构建

克隆红麻不育系和保持系的MYB21基因,分析MYB21基因在红麻不育系和保持系各器官的表达量,并构建过表达载体和RNAi载体,旨在为进一步研究该基因在红麻中的功能奠定基础。以同源克隆的方法克隆MYB21基因;用实时荧光定量的方法分析MYB21基因在红麻不育系和保持系不同组织器官的表达模式;根据酶切-连接的方法,构建过表达载体和RNAi载体。结果显示,红麻MYB21基因在不育系和保持中的基因序列没有差异,其c DNA全长序列为922 bp,包含843 bp的开放阅读框,DNA全长序列为1 108 bp,包含3个外显子和2个内含子(NCBI序列登录号为KT898146);MYB21基因主要在花药中表达,在不育系和保持系花药之间表达量呈极显著差异;成功构建MYB21过表达载体和RNAi载体。成功克隆MYB21基因的全长序列;实时荧光定量结果表明MYB21基因主要在花药中进行表达;构建的植物过表达载体PBI121-MYB21和RNAi载体p ART27-PK-R1-F2可用于该基因的功能研究。     

青花菜细胞质雄性不育相关LncRNAs的鉴定与表达分析

细胞质雄性不育系的应用可有效提高杂交种质量。该研究利用illumina测序技术鉴定青花菜细胞质雄性不育相关LncRNAs,对其靶基因和表达特征进行分析,并随机选取16个LncRNAs用qRT PCR技术检测其表达特征,为进一步阐明LncRNA参与青花菜雄性不育发生机制提供新的路径。结果表明：(1)鉴定获得青花菜雄性不育相关LncRNAs 共4 326个,其中37个LncRNA在不育系及其保持系中差异表达。(2)差异LncRNAs可预测得到370个cis靶基因,这些靶基因部分为雄性不育相关的转录因子和生物蛋白。(3)XLOC_006651、XLOC_016660、XLOC_003494和XLOC_013121在不育系和保持系花蕾发育早期表达量较高,之后随着花蕾的发育,表达量逐渐下降;XLOC_021769和XLOC_038964呈先降后升的表达模式,且XLOC_038964和XLOC_012613在花蕾不同发育阶段不育系的表达量均高于保持系。(4)16个LncRNA均可在花梗、花萼、花瓣、雄蕊及雌蕊中表达,且XLOC_038964、XLOC_011575、XLOC_013157、XLOC_039677、XLOC_037356、XLOC_034182和XLOC_017574呈现出相似的表达模式,在雄蕊和花梗中表达量较低,花萼和花瓣中较高,雌蕊中表达量最高。     

青花菜雄性不育相关基因BoDHAR的克隆与表达分析

以一个与甘蓝显性核不育相关的差异表达片段的序列为信息探针,通过在NCBI与TAIR网站数据库中进行同源EST序列搜索,经人工拼接、RT-PCR、PCR克隆与序列分析,获得了青花菜脱氢抗坏血酸还原酶DHARdehydroascorbatereductase基因的cDNA与DNA全长序列,命名为BoDHAR。并利用双链接头介导PCR的染色体步行技术(genomewalking)克隆了其上游644bp的5′端序列。所获的BoDHAR基因全长1486bp,存在两个内含子,DNA编码区序列633bp,编码210个氨基酸;序列分析表明BoDHAR与同源基因AT1G19570.1cDNA序列有82.3%的一致性,推导的氨基酸序列有79.6%的一致性;编码的水溶性蛋白存在多个磷酸化位点;5′端上游区存在明显的转录调控序列。半定量RT-PCR结果表明BoDHAR在可育系花蕾中的表达量明显高于不育系花蕾,在花药中的表达明显高于其它部位。     

辣椒胞质雄性不育系和保持系内源激素含量的比较

以2个辣椒品系(199807、199803)的胞质雄性不育系和相应保持系为实验材料,采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定IAA、(Z ZR)、GA3和ABA等内源激素含量,用气相色谱分析仪测定乙烯(ETH)释放量,对辣椒胞质雄性不育系和相应保持系内源激素含量变化规律进行研究.实验结果表明:在四分小孢子之前,花药中的IAA含量不育系显著高于保持系,在四分小孢子时期花药和花蕾中的IAA含量出现转折,到花粉粒成熟期的花蕾和花药以及开花期叶片中的IAA含量均是不育系显著低于保持系;小孢子各发育时期花药以及花期叶片中GA3含量均是不育系高于保持系,但花粉粒成熟期化蕾中GA3含量为不育系低于保持系;小孢子不同发育时期的花药以及花期叶片中ABA含量始终足不育系显著高于保持系,而花粉粒成熟期花蕾中ABA含量不育系与保持系没有显著差异;花粉粒成熟期的花蕾和花期叶片中ETH释放量表现为不育系显著高于保持系.同时,花粉粒成熟期的花蕾、花药和叶片中IAA/ABA、(Z ZR)/ABA、GA3/ABA、IAA/GA3、(Z ZR)/GA3等5个激素的比值均有不育系低于保持系的趋势.本实验结果说明辣椒的育性表现与花器和叶片等组织中内源激素的含量变化有关,花药和花期叶片中IAA亏缺、GA3和ABA增加以及化蕾和叶片中ETH过度产生,都有可能导致辣椒雄性不育.     

青花菜谷胱甘肽-S-转移酶基因克隆及其表达分析

为探讨青花菜在模拟酸雨胁迫下谷胱甘肽-S-转移酶的表达变化,克隆了青花菜谷胱甘肽-S-转移酶基因(glutathione-S-transferase,GST)的cDNA序列全长,并进行了生物信息学和表达分析。结果表明:青花菜GST基因cDNA全长为915bp,开放阅读框为642bp,编码213个氨基酸,推测分子式为C1091H1719N289O306S5,分子量为23 940.7,没有跨膜螺旋区域和信号肽。系统进化树分析表明,该青花菜基因GST与芥菜的GST聚类关系最近。实时荧光定量PCR结果显示,在模拟酸雨胁迫下,GST基因的表达量在胁迫初期显著增大,随时间延长开始下降,表明其参与了青花菜抗酸雨的应答反应。     

大白菜胞质雄性不育系RC7及其保持系的细胞学和蕾期基因表达差异分析

以大白菜雄性不育材料RC7及其保持系B7为材料,通过对两材料花药发育过程进行细胞学观察,并利用cDNA-AFLP技术分析两材料花蕾的基因表达差异,以明确RC7发生雄性败育的时期和方式,为大白菜CMS的分子机理研究提供依据。结果显示:(1)细胞学观察发现,大白菜雄性不育材料RC7及其保持系B7的小孢子母细胞减数分裂属同时型,小孢子在四分体中的排列属四面体型,保持系B7花药的绒毡层属于腺质型;不育材料RC7在四分体时期绒毡层细胞内出现大的液泡,呈现败育征兆,单核期绒毡层解体,中层退化,小孢子核开始解体、败育,属于单核花粉败育型。(2)对两材料蕾期基因的cDNA-AFLP差显比较分析表明,共获得了23条阳性差异片段,其中在不育系RC7花蕾中特异表达的有8条,在保持系B7花蕾中特异表达有10条,两系中共有条带5条。(3)对不育系中特异表达的8条谱带进行Blast搜索发现,H1与拟南芥光合反应蛋白基因有较高的一致性,H26与拟南芥钙调磷酸酶类磷酸酯酶家族蛋白质的部分序列存在90%的一致性,属于细胞信号转导基因;对来自保持系的10条谱带的差异片段功能以及一致性进行比对分类发现,它们包括糖代谢基因、蛋白质的合成与运输基因、乙烯诱导基因、电子传递和能量途径基因、未知或假定蛋白等。研究表明,大白菜雄性不育材料RC7可能是由于绒毡层细胞液泡化和径向肥大,小孢子受挤压后破裂降解,不能形成正常的成熟花粉粒而败育;乙烯诱导基因(H29)在保持系中特异表达,在不育系中沉默,表明不育系中缺乏乙烯相关基因。     

青花菜雄性不育相关基因BoDHAR的克隆与表达分析

以一个与甘蓝显性核不育相关的差异表达片段的序列为信息探针,通过在NCBI与TAIR网站数据库中进行同源EST序列搜索,经人工拼接、RT-PCR、PCR 克隆与序列分析,获得了青花菜脱氢抗坏血酸还原酶DHAR dehydroascorbate reductase 基因的 cDNA 与 DNA 全长序列,命名为BoDHAR。并利用双链接头介导 PCR 的染色体步行技术（genome walking）克隆了其上游 644bp 的5′端序列。所获的BoDHAR基因全长 1486bp,存在两个内含子,DNA 编码区序列633bp,编码210个氨基酸;序列分析表明：BoDHAR与同源基因AT1G195701cDNA 序列有 82.3% 的一致性,推导的氨基酸序列有 79.6% 的一致性;编码的水溶性蛋白存在多个磷酸化位点;5′端上游区存在明显的转录调控序列。半定量RT-PCR结果表明：BoDHAR 在可育系花蕾中的表达量明显高于不育系花蕾,在花药中的表达明显高于其它部位。     

辣椒胞质雄性不育系线粒体基因CaATP9的克隆与表达

通过克隆辣椒胞质雄性不育系线粒体基因CaATP9及其表达情况,为研究辣椒胞质雄性不育机理提供依据。以辣椒胞质雄性不育系9704A和同型保持系9704B为试验材料,研究CaATP9的一级结构在2个材料之间的差异和RNA编辑现象,并利用实时荧光定量PCR研究了该基因的时空表达。结果表明,CaATP9的一级结构在2个材料之间没有差异;CaATP9在转录过程中存在5个C→T的编辑位点,导致4个亲水性氨基酸(DNA模板)变换成4个疏水氨基酸,增强了蛋白质的稳定性;CaATP9在辣椒的不同组织中均有表达,但表达量存在一定差异,繁殖器官中的表达量要普遍高于营养器官;在花蕾发育过程中,胞质雄性不育系中CaATP9的表达量与同型保持系存在差异,推测这种表达差异导致胞质雄性不育系花蕾能量供应紊乱,影响小孢子的正常发育而表现不育。     

辣椒胞质雄性不育系CaCOX3的克隆与表达分析

探究线粒体呼吸链第4个复合体亚基细胞色素氧化酶第三亚基(COX3)与辣椒胞质雄性不育之间的关系,为研究辣椒CMS与能量代谢的关系提供参考。以辣椒胞质雄性不育系9704A和保持系9704B为材料,根据GenBank报道的辣椒线粒体基因组序列,设计特异引物扩增CaCOX3,进行生物信息学分析,并研究其时空表达特性,比较两系间的差异。在辣椒胞质雄性不育系9704A和保持系9704B中克隆获得的目的基因CaCOX3,全长均为798 bp,编码265个氨基酸残基;辣椒保持系9704B不同组织中,CaCOX3表达存在差异,果皮中表达最高,叶中表达最低。在不同的花蕾发育时期,两系CaCOX3表达存在差异。胞质雄性不育系9704A的造孢细胞增殖期和花粉母细胞减数分裂期,CaCOX3的表达量明显低于保持系9704B;在小孢子单核期,两系CaCOX3的表达量持平;在小孢子成熟期,胞质雄性不育系明显高于保持系。CaCOX3在辣椒胞质雄性不育9704A和保持系9704B的时空表达存在差异,可能引起能量代谢异常,造成不育。     

青花菜两类雄性不育系花器官形态结构的比较

青花菜是一种重要的十字花科蔬菜作物,具有良好的抗癌功效。随着青花菜栽培面积的不断扩大和抗癌药物的开发,对青花菜种子的需求量也不断增加。利用雄性不育系生产青花菜F1杂交种子是其杂种优势利用的重要途径,但常用的细胞质雄性不育系在生产中存在前期死蕾较重、花蜜量少和种子产量不高等问题。本课题组用优良的青花菜自交系为父本,以甘蓝显性细胞核雄性不育材料79-399-3和细胞质不育材料OguraCMSR3629为不育源,通过回交转育的方法获得了多个青花菜显性细胞核雄性不育系和细胞质不育系,为了进一步有效利用其青花菜雄性不育系,寻求更好的不育源。本研究以青花菜高代自交系(保持系)8554、8590、93219及由其经多代回交转育而成的两类雄性不育系为试材,对其死蕾数、花器官形态和蜜蜂访花情况进行了比较研究。结果表明,在花蕾长、花蕾直径、单枝死蕾数、花冠直径、雄蕊长、花瓣长、花药长、蜜蜂访花次数、来访蜜蜂数及访花时间等方面,经相同自交系转育而成的显性细胞核雄性不育系(DGMS)与细胞质雄性不育系(CMS)间的差异有统计学意义,总体表现为DGMS优于CMS。     

葱胞质雄性不育花蕾生化物质含量和能量代谢酶活性的动态变化特征

以葱胞质雄性不育系CA及其同核异质保持系CB为试材,研究了花蕾发育过程中IAA、GA3、ZR、ABA含量以及细胞色素氧化酶(COD)和ATP酶(ATPase)活性、可溶性糖、游离氨基酸和可溶性蛋白质含量的动态变化规律.结果显示:(1)葱不育系花蕾的IAA和GA3含量在败育过程中显著低于保持系,而ZR和ABA含量则较保持系有不同程度的盈积.不育系花蕾COD和ATPase活性以及游离氨基酸含量、可溶性蛋白质含量在中蕾期后显著低于保持系,可溶性糖在不同发育时期均基本低于保持系.(2)不育系花蕾IAA和GA3含量与可溶性糖含量变化均呈显著正相关,不育系ZR和保持系ABA含量则分别与COD、ATPase活性以及可溶性糖、可溶性蛋白质含量存在负相关关系.研究表明,葱胞质雄性不育系花蕾中IAA和GA3亏缺,而ZR和ABA盈余,各种内源激素含量和营养物质含量与能量代谢有关酶活性相关性不尽相同.     

辣椒细胞质雄性不育系和保持系过氧化物酶同工酶的比较分析

运用辣椒细胞质雄性不育系21A和保持系21B为试材,比较分析了过氧化物酶（POD）同工酶在幼叶和不同发育时期花蕾中的表达特征。结果表明,辣椒花蕾中的POD同工酶谱带均比叶片中的更丰富,表现出明显的组织特异性。不育系21A和保持系21B间的酶谱在幼叶和小花蕾（纵径0．8～1．5mm）中基本无差异,但从中花蕾（纵径2～3mm）开始,保持系21B的一些酶带（POD4b和POD4c）染色开始减弱。在大花蕾（纵径4．5～5mm）和特大花蕾（纵径6．8～7mm）时期,不育系比保持系分别多2条酶带（POD2c和POD4b）和1条酶带（POD2c）,表明辣椒细胞质雄性不育系21A与保持系21B花蕾中的POD同工酶表达与小孢子的发育过程相关,其表达差异发生在细胞学上观察到的败育之前。     

不同倍性不结球白菜Pol CMS及保持系生理生化特性比较

对二、四倍体不结球白菜Pol CMS及其保持系花蕾和薹叶进行生理生化特性比较分析,结果表明:不育系花蕾中可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量均显著低于保持系,且各指标在不育系中四倍体低于二倍体,而在保持系中则四倍体高于二倍体;不育系MDA含量,POD、SOD、CAT活性均高于保持系,不育系中四倍体均高于二倍体.而保持系中四倍体均低于二倍体;薹叶中MDA含量,POD、SOD、CAT活性均为不育系高于保持系,不育系中四倍体高于二倍体;POD、EST同工酶显示不育系与保持系间均具特异酶带,但不同倍性间并无差异.     

小麦遗传型与生理型雄性不育花药蛋白质双向电泳分析

为了研究小麦雄性不育蛋白表达机制, 以具有异质同核的3个亲本: 即遗传型不育系ms(S)-西农1376、对应的保持系(A)-西农1376和生理型(化学杀雄剂SQ-1诱导)雄性不育系ms(A)-西农1376为材料, 利用IEF/SDS-PAGE凝胶电泳技术, 对发育到单核后期的花药全蛋白特异性进行了比较分析, 得到320~350个清晰的蛋白点。结果表明: 遗传型和SQ-1诱导的生理型不育系蛋白质图谱与正常保持系在蛋白质(多肽)表达量上存在一定的差异, 同时发现有几种蛋白质的表达有明显的特异性, 两个不育材料2D胶上共有几个明显的特异蛋白点, 而在保持系中未发现; 两个不育材料又分别具有自己的特异蛋白表达, 不育机理不同; 比较分析可知, 不育系中某些蛋白的表达受到了抑制, 并开启了与花药败育有关的特定蛋白的表达, 可能使物质能量代谢受阻,导致雄性不育的发生。     

辣椒细胞质雄性不育系的3种同工酶分析

以辣椒细胞质雄性不育系21A及其同核异质保持系21B为试验材料,比较分析两系雄配子发育过程中酯酶（EST）、谷氨酸脱氢酶（GDH）和苹果酸脱氢酶（MDH）同工酶的表达特征。结果表明：幼叶和花蕾的EST同工酶酶谱在谱带数目和酶带强弱上存在时空表达差异,并且随着雄配子发育的进行,保持系21B从中花蕾至特大花蕾比不育系21A多1条清晰的谱带（EST3e）,其差异表达发生在细胞学上观察到的败育时期之前;在GDH同工酶中,保持系21B从大花蕾至特大花蕾比不育系多6条谱带（GDH,和GDH1／2）,酶谱差异表达时期与细胞学上观察到的败育时期一致;而在MDH同工酶中,不育系21A和保持系21B的幼叶和各级花蕾的酶谱在谱带数目和谱带强弱上均没有明显差异。