无籽沙糖桔WUBE1基因的功能验证

为了解泛素活化酶E1基因(UBE1)在无籽沙糖桔自交不亲和反应中的作用,通过根癌农杆菌介导法将来源于自交不亲和无籽沙糖桔(Citrus reticulata ‘Wuzishatangju’) WUBE1基因转化烟草(Nicotiana tabacum)。结果表明,外源基因WUBE1已导入烟草基因组中并得到表达。转WUBE1基因的自交授粉组合花粉管在生长过程中,部分花粉管出现停止生长的现象,到达花柱基部的花粉管数量少于异交授粉和野生型自交组合。转WUBE1基因烟草的花粉生活力、发芽率、自交和异交后每个果荚中的种子数与野生型烟草无显著差异。这表明单一的WUBE1基因不能调控无籽沙糖桔自交不亲和反应,很可能是通过Ub/26S途径参与了无籽沙糖桔自交不亲和反应。     

大白菜BrCML49基因的分离鉴定及表达特征分析

类钙调蛋白(Calmodulin like protein,CML)是植物细胞中一类非常重要的钙感受蛋白,且CML蛋白在花粉萌发和花粉管生长中起到重要作用。该研究以大白菜自交不亲和系‘91 125’自花授粉后柱头为材料,克隆获得大白菜BrCML49基因cDNA全长序列1 046 bp,包括960 bp开放阅读框,编码319个氨基酸,包含2个EF hand保守结构域。序列分析发现,BrCML49蛋白为稳定的亲水蛋白,没有跨膜区。实时荧光定量(qRT PCR)表达分析显示,BrCML49基因的表达量在‘91 125’的花药中最高,其次是全花和花瓣,在其他组织中表达量较低;BrCML49基因在大白菜自交亲和系‘14S23’的全花和柱头中表达量较高,在其他组织中表达量较低。亚细胞定位分析发现BrCML49主要定位于烟草叶片的细胞膜和细胞核中。该研究结果可为进一步研究大白菜BrCML49基因的功能奠定基础,并为阐明大白菜BrCML49基因参与自交不亲和花粉萌发及花粉管生长的信号机制提供理论依据。     

香水柠檬LFB2基因的克隆及表达分析

无籽是香水柠檬的重要特征,自交不亲和是香水柠檬无籽的主要原因,为了深入了解香水柠檬自交不亲和的分子机理。本研究在通过De novo技术获得F-box基因片段的基础上,以香水柠檬嫩叶为材料,利用RT-PCR技术成功地克隆出长度为1 357 bp的F-box基因,命名为LFB2。生物信息学分析发现该基因编码446个氨基酸,氨基酸的C端具有两个WD结构域,属于FBXW蛋白,其蛋白分子量为111.62 kD,等电点:8.97。利用qRT-PCR分析LFB2基因在花器官不同组织的表达情况,发现该基因在雄蕊中的表达量最高,是其它花器官的十倍左右;在逆境胁迫下,该基因的表达量也有明显的变化,以上研究表明LFB2基因对花粉的发育和逆境胁迫中有一定的作用。     

小报春不同授粉组合亲和性研究

利用小报春‘红星’、‘紫霞’、‘罗兰香’3个品种分别设置8种授粉组合,统计了不同授粉组合的结实情况和单果种子数量,并对‘红星’品种部分授粉组合的花粉萌发与花粉管伸长过程进行荧光显微观察。结果显示:(1)3个品种的结实率和单果种子数量均表现为异型植株授粉>长花柱同型异株授粉、长花柱自交>短花柱同型异株授粉、短花柱自交,不同授粉组合间单果种子数量差异极显著,异型植株授粉类型结实率均达到100%,单果种子数量为44～181粒,显著高于自交组合和同型异株杂交组合;以异型致死花粉作为蒙导对短花柱同型异株授粉组合的结实有一定促进作用,但对长花柱同型异株授粉组合的结实没有一致的促进作用;3个品种中‘红星’的结实率和单果种子数量最高。(2)荧光显微观察表明,异型授粉组合花粉在柱头上大量萌发并在花柱中伸长,授粉144h后花粉管开始进入子房;同型授粉组合授粉12h后花粉开始萌发,但直到授粉后144h花粉管还没有进入花柱;自交授粉组合授粉后144h仍无花粉萌发。实验结果说明,小报春存在明显的自交不亲和性,且短花柱类型的自交不亲和性比长花柱类型强。     

青花菜自交不亲和特性的荧光鉴定

利用亲和指数和荧光显微测定法对青花菜高代自交材料进行自交不亲和特性的快速鉴定。利用蕾期和花期授粉进行亲和指数测定。荧光显微观察发现自交亲和材料与不亲和材料蕾期授粉花粉能够正常萌发,花粉管穿越柱头乳突细胞到达子房完成授粉受精过程;自交不亲和材料花期授粉后花粉与柱头乳突细胞表面发生强烈胼胝质反应,花粉在柱头上不能萌发,即使有少量萌发,其花粉管生长也不正常,最终不能伸入柱头。荧光显微观察法结果准确、方便,受外界环境条件影响较小,且与亲和指数法鉴定结果相一致,可有效应用于青花菜自交不亲和特性的快速鉴定,从而加速新品种选育进程。     

配子体自交不亲和植物花粉S基因研究进展

配子体自交不亲和植物的自交不亲和性是由雌蕊自交不亲和因子和花粉自交不亲和因子相互作用的结果。目前已经分离和鉴定了雌蕊自交不亲和基因及其表达产物。最近从金鱼草、Prumusdulcis、梅等植物中分离的F-box基因,它具有花粉S基因特点,即在花药、成熟的花粉和花粉管中特异表达;在基因位置上,与S-RNase基因紧密连锁;不同物种或同一物种不同品种F-box基因间核苷酸和氨基酸序列上存在高度多态性。通过分子生物学方法和杂交授粉试验证明所分离的F-box基因是花粉自交不亲和基因,但目前尚未分离出该类基因相应的表达蛋白。主要综述了配子体自交不亲和植物花粉自交不亲和基因的发现、基因的结构、雌蕊自交不亲和因子和花粉自交不亲和因子相互作用的模型。     

葡萄半不育花粉粒形态和细胞学观察及相关基因表达分析

以葡萄品种‘魏可’(可育)及其自交后代单株‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’以及品种‘钟山红’(雄性不育)为材料,对花器官特征、花粉萌发率、花粉粒形态以及小孢子发育过程的细胞学特征进行观察,并对绒毡层发育相关基因(DYT1、TDF1和MYB4)的表达进行分析,以初步鉴定葡萄半不育单株的不育特征,揭示花粉败育与基因调控的关系。结果显示:(1)‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’的花粉萌发率均在10%左右,属于半不育花粉;其雄蕊主要特征为花丝卷曲,花丝短于花柱,花药内花粉量少,花药中既有正常长球形花粉粒也有异常近球形花粉粒。(2)‘魏可实生-3’、‘魏可实生-12’没有明显的药室壁结构,小孢子母细胞稀少、疏松;‘魏可实生-3’双核期绒毡层未完全降解,绒毡层细胞中的营养物质滞留没有及时供应小孢子的发育,致后期部分小孢子败育;‘魏可实生-12’绒毡层细胞在单核早期就大部分降解而导致营养供应异常,使部分小孢子败育。(3)在减数分裂期,‘魏可’的绒毡层发育相关基因DYT1和TDF1的表达均最高,MYB4最低,‘钟山红’的3个基因的表达与‘魏可’相反,‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’的表达水平均在‘魏可’与‘钟山红’之间;单核早期以后,3个基因在‘魏可’的表达一直均较低,钟山红’的DYT1基因表达一直最高,其余2个基因均在最低水平,而‘魏可实生-3’的TDF1、MYB4基因在单核早期表达量最高,‘魏可实生-12’的TDF1在双核期表达量最高。研究表明,‘魏可实生-3’的花粉败育发生在单核晚期至双核期,‘魏可实生-12’的花粉败育发生在单核早期;部分药室绒毡层的异常降解,小孢子发育营养供应不均衡可能是导致其花粉半不育发生的原因;‘魏可实生-3’的绒毡层延迟降解与减数分裂期DYT1基因的表达量不足、单核期TDF1基因的过量表达以及MYB4基因在单核期的异常表达有关,而‘魏可实生-12’的绒毡层提前降解与减数分裂期DYT1基因的表达量不足而MYB4基因过量表达,以及双核期TDF1基因过量表达有关。     

梨远缘花粉原位萌发及生长特性

应用荧光标记方法对梨远缘花粉在‘丰水’和‘噢嗄二十世纪’柱头上萌发及花粉管生长特性进行观察,结果表明:(1)梨远缘花粉均能在柱头上萌发,但其萌发率不同,授粉后24 h,在‘丰水’柱头上‘红叶桃’花粉萌发率最高,达62.8%,而‘盖县大李’花粉萌发率仅为12.0%,各种远缘花粉在‘丰水’柱头萌发率均高于‘噢嗄二十世纪’柱头。(2)各种远缘花粉管在梨柱头或花柱内生长情况也有差异,‘红叶桃’等核果类花粉管在梨柱头上均表现为扭曲、盘绕等现象,不能穿过柱头;‘红星’和‘红富士’花粉管虽然有少量穿过柱头,但不能进一步在花柱内生长,表现为扭曲变形、先端膨大等不亲和性现象。因此,梨与远缘果树杂交不亲和在柱头上就已发生,这与梨自交不亲和反应发生在花柱内的现象不同。     

高山杜鹃与大喇叭杜鹃种间杂交过程的观察研究

以高山杜鹃‘Nova Zembla’为母本,大喇叭杜鹃为父本进行人工杂交授粉,利用荧光显微镜对杂交组合花粉萌发及花粉管生长过程进行观察,并统计其杂交的田间坐果率。结果显示:(1)授粉后1d花粉开始萌发形成花粉管,其萌发率在授粉后1～5d内显著增长,其后增长缓慢,到第12天萌发率最高达37.36%。(2)花粉萌发后花粉管生长速度由慢变快,授粉后2d花粉管进入花柱,7d进入子房,10d进入胚珠;实验中杂交花粉管与胚珠虽有结合,但与胚珠结合率低,授粉后12d仅7.42条花粉管进入胚珠。(3)在花粉管生长过程中,伴有大量异常现象,表现为授粉后柱头细胞、花粉管、花柱引导组织、子房组织、胚珠中的胚囊等部位依次出现胼胝质沉积反应,花粉管生长中出现的膨大、先端沉积胼胝塞而中途停止生长、螺旋扭曲、粗细不均、杂乱生长或螺旋膨大且逆向生长等异常。(4)该实验杂交的田间坐果率为零。研究表明,高山杜鹃‘Nova Zembla’与大喇叭杜鹃杂交不亲和,杂交后花粉管生长的异常行为可能是种间杂交不亲和的主要原因,且受精前障碍与受精后障碍可能同时存在。     

柚雌蕊不同部位抽提液对自交不亲和阻抑效果的研究

以‘土柚’（Citrus grandis ‘Tuyou’）作对照,采用荧光显微技术对‘琯溪蜜柚’（Citrus grandis‘Guanxi-miyou’）、‘度尾蜜柚’（Citrus grandis ‘Duweimiyou’）两个品种花粉在本品种和异品种雌蕊不同部位抽提液中花粉萌发和花粉管伸长状态进行了观察。结果表明：‘琯溪蜜柚’和‘度尾蜜柚’子房抽提液对自身花粉管伸长阻抑最明显,并产生严重的弯曲;柱头抽提液对自身花粉管伸长稍有影响,出现中度弯曲;花柱抽提液中自身花粉管伸长正常,仅有轻微弯曲。然而,对于异品种的花粉以及自交亲和的‘土柚’,其子房、花柱和柱头抽提液对花粉管伸长没有这种阻抑效应。     

不结球白菜BcMLPK基因在自交不亲和中的功能研究

该研究以不结球白菜(Brassica campestris L. ssp. chinensis Makino)自交不亲和系品种‘矮脚黄’为实验材料,利用VIGS技术将BcMLPK基因构建到pTY载体,进行定量分析,研究其在自交不亲和中的功能。结果表明：(1) BcMLPK基因序列长为1 443 bp,编码480个氨基酸,将BcMLPK蛋白氨基酸序列与其他物种的MLPK氨基酸比较表明,BcMLPK基因与其他物种中该基因具有高度保守的结构域。(2) 成功构建pTY BcMLPK载体,采用基因枪法侵染‘矮脚黄’,其新生的真叶有明显的花叶症状,选取发病的叶片及花蕾进行实时定量qRT PCR,发现侵染的植株中BcMLPK基因表达量约为对照组的50%。(3) 花期对植株进行自交授粉,实验组有明显的结荚现象,而对照组则出现雌蕊未能明显伸长,显示受精异常的现象;统计结果表明实验组的自交不亲和指数和结实率均高于对照组。研究表明,不结球白菜MLPK基因的沉默能够抑制‘矮脚黄’自交不亲和相关基因BcMLPK的转录水平表达。     

CygoSTK基因在普通春兰与奇花品种‘天彭牡丹''中的表达比较

为深入研究春兰(Cymbidium goeringii)与春兰奇花品种花器官发育调控的分子机制,该研究采用同源克隆的方法,分别从普通的春兰与春兰奇花品种‘天彭牡丹’的花芽中克隆得到1个cDNA长849 bp D类MADS-box基因CygoSTK(Genbank登录号为MH917912.1)。结果表明:该基因序列在两种春兰中高度一致,包含1个长705 bp的完整ORF,编码1个由234个氨基酸残基组成的STK进化系MADS-box转录因子;结构分析表明,CygoSTK转录因子包含1个高度保守的MADS结构域(MADS domain)(1～57)和1个次级保守的K结构域(91～172),其C末端的转录激活区含有两个高度保守的基序,即AGI基序和AGⅡ基序;进一步用qPCR检测CygoSTK基因在普通的春兰与春兰奇花品种‘天彭牡丹’不同花器官中的相对表达量发现,CygoSTK基因在普通的春兰和春兰‘天彭牡丹’子房中的表达量最高,显著高于该基因在相应品种其他花器官中的表达量(LSD,P0.05)。以上结果说明CygoSTK基因在功能上有很强的保守性,主要参与春兰子房的发育。     

不同倍性香石竹杂交花粉管生长荧光显微观察及结实研究

以香石竹四倍体材料‘紫蝴蝶’(2n=4x=60)为母本,二倍体材料‘珍珠粉’和‘NH6’(2n=2x=30)为父本,利用荧光显微镜观察其授粉后花粉管生长情况,统计其座果率、亲和指数及种子萌发率,并对杂交后代进行倍性鉴定。结果表明,在‘紫蝴蝶’柱头上,‘珍珠粉’和‘NH6’的花粉2h开始萌发,花粉管多处出现胼胝质塞,且花柱组织出现胼胝质反应,4h花粉管到达柱头中部并出现胼胝质塞,6h花粉管到达柱头基部,17h柱头基部的花粉管增多,花粉管进入子房组织且子房组织出现胼胝质反应,17～24h花粉管能与胚珠结合,但结合率低;‘紫蝴蝶’ב珍珠粉’杂交未获得植株,‘紫蝴蝶’בNH6’杂交获得3株植株,染色体倍性鉴定表明3株植株均为四倍体,这可能是‘NH6’产生2n配子的缘故。     

中国樱桃与甜樱桃花粉原位萌发及花粉管生长的差异

以‘垂丝’、‘东塘’(中国樱桃)和‘莫利’、‘拉宾斯’(甜樱桃)为试材,分别于自花、异花授粉后不同时间切取花柱,用FAA固定,荧光染色后压片观察。结果显示,中国樱桃和甜樱桃的自花、异花花粉均能在柱头萌发,且其花粉管在花柱中表现为“极快—慢—快—稳定”的动态变化过程。但甜樱桃花粉萌发率高于中国樱桃,异花高于自花。中国樱桃自花、异花都有花粉管到达花柱基部;甜樱桃‘莫利’ב拉宾斯’和‘拉宾斯’自交有花粉管到达花柱基部,而‘莫利’自交的花粉管在花柱中上部已停止生长。结果表明,中国樱桃表现自交亲和性,而甜樱桃除人工诱变导致自交亲和的‘拉宾斯’等品种外,表现典型的植物配子体自交不亲和性。     

花粉——雌蕊相互作用的分子基础

显花植物授粉过程包含了花粉与雌蕊一系列复杂的细胞间相互作用。花粉在柱头上必须发生粘附与水合作用后才能萌发,花粉胞被蛋白可能在粘附机制中起主要作用,而水孔蛋白调节了花粉的水合过程;花粉管在花柱引导组织中定向生长,受引导组织胞间质、向化性物质及细胞粘附机制等因素的影响,也与花粉受体及子房有关。在植物的自交不亲和性反应中,配子体型自交不亲和性反应主要是由自交不亲和基因蛋白产物降解花粉RNA或以Ca^2 介导的信号级联反应实现的;孢子体型自交不亲和性反应则依赖于干性柱头以及雌蕊的S受体激酶及S位点糖蛋白与花粉S基因配体之间的相互作用。     

砀山酥梨多酚氧化酶基因(PbPPO)的原核表达及优化研究

从砀山酥梨Pyrus bretschneideri ‘Dangshan Su’果实中克隆得到一条多酚氧化酶基因(PbPPO)的全长cDNA序列(GenBank登录号:JF809859)。通过生物信息学分析表明,PbPPO基因CDS区全长1782 bp,编码593个氨基酸,氨基酸序列由N端叶绿体转运肽、Cu结合区与C端疏水区三部分组成。为进一步研究Pb PPO基因的功能,成功构建其原核表达载体pET-28a-PbPPO,并在大肠杆菌Rosetta菌株中成功诱导表达,经优化后显示,在28℃、1.0 mmol·L~(-1) IPTG诱导5 h的条件下,融合蛋白表达量最高。     

枳砧红绵蜜柚嫁接黄化苗的光合特性及其CgSGR基因克隆与表达分析

该研究以枳砧‘红绵蜜柚’(Hm/Pt)为试验材料,以枳砧‘琯溪蜜柚’(Gx/Pt)和香橙砧‘红绵蜜柚’(Hm/Cj)为对照,测定分析3种砧穗组合蜜柚的光合特性、叶绿素含量差异;利用RT-PCR技术克隆并分析滞绿基因(CgSGR)表达,为进一步研究枳砧‘红绵蜜柚’嫁接不亲和机理奠定基础。结果显示:(1)枳砧‘红绵蜜柚’嫁接苗净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶肉羧化效率明显低于2个对照组合,且3种砧穗组合以上各指标的最大值均出现在嫁接后第98天。(2)3个嫁接组合的叶绿素含量变化趋势一致,但枳砧‘红绵蜜柚’在整个试验期间的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素显著低于2个对照组合。(3)成功克隆获得‘红绵蜜柚’滞绿蛋白SGR调控基因序列,命名为CgSGR(GenBank登录号:MF945620);CgSGR基因片段长度为816bp,序列编码一个含有271个氨基酸的蛋白质,分子量为30.62kD,属于稳定的碱性亲水性蛋白;SGR序列多重比对结果显示,‘红绵蜜柚’CgSGR序列与柑橘属柚、甜橙和克里曼丁橘之间一致性较高,其中‘红绵蜜柚’与柚无碱基差异,与甜橙在第33bp处有1个变异位点,与克里曼丁橘在33、52、118、159、622和765bp处有6个变异位点;系统进化树表明,CgSGR与柑橘属甜橙、克里曼丁橘的距离最近,与荔枝关系较近,与其它物种的关系较远。(4)实时荧光定量PCR结果表明,CgSGR基因在香橙砧‘红绵蜜柚’中的表达量总体均低于其他2个组合材料,而嫁接139d后,3个材料均随着植株黄化,CgSGR基因的表达水平均呈上升趋势,且枳砧‘红绵蜜柚’的CgSGR基因表达显著高于2个对照组合。(5)随着嫁接苗的生长发育,CgSGR的表达水平总体变化趋势与净光合速率、叶绿素的变化趋势相反。研究认为,枳砧‘红绵蜜柚’CgSGR基因的表达量在嫁接苗叶绿素降解过程中上调,其可能参与调控黄化幼苗的叶绿素降解。     

枇杷少核株系花粉管生长差异研究

以‘大五星’枇杷退化种子少核株系‘川农1号’(C1)为试材,以‘大五星’枇杷自花授粉为对照,采用荧光显微技术,对枇杷少核株系自花、异花授粉后花粉管生长情况进行观察。结果表明:(1)C1株系异花授粉后花粉能在柱头上萌发,并伸入中央花柱道,在授粉后48h左右到达花柱基部。(2)C1株系自花授粉后,花粉萌发与花粉管的伸长速度相对于异花授粉滞后,自花授粉后36h大多数花粉管到达花柱的中上部并停止生长,且伴随产生花粉管顶端形态异常、荧光异常明亮等现象,最终只有极少数花粉管能到达花柱基部。研究表明,C1株系为配子体自交不亲和,C1株系的自交不亲和性是引起其少核的重要原因之一。     

激光、高压静电场克服羽衣甘蓝自交不亲和及其分子机制的研究

利用激光、高压静电场对自交不亲和的羽衣甘蓝的花粉进行处理,以期克服其自交不亲和。通过对处理后的花粉的表面结构和蛋白酶活性及其萌发情况的研究,进一步分析激光、高压静电场的生物效应。同时利用分子生物学手段Northern杂交技术,检测了经激光、高压静电场处理的花粉,在授粉后柱头上SLG和SRK基因表达的差异,以探讨激光、高压静电场对生殖反应作用的分子机制。结果表明:通过适宜剂量的激光、高压静电场处理,羽衣甘蓝的花粉萌发率提高,成熟花粉水溶性总蛋白,α-淀粉酶活力,总淀粉酶活力均不同程度的提高,同时自交亲和指数和结籽率提高。从花粉的表面结构的电镜显微观察分析,花粉壁的雕纹受到了伤害,网脊线有轻微断裂,网眼变大。授粉后,取不同时间间隔的柱头样品提取总RNA,利用Northern杂交技术检测SLG和SRK基因的表达量,授粉后24 h激光处理和高压静电场处理与对照比较,SLG和SRK基因的表达量均降低。     

油茶自、异交雌蕊CAT活性及相关基因克隆表达分析

油茶(Camellia oleifera Abel.)具有后期自交不亲和(LSI)特性,严重阻碍了油茶杂交育种的亲本选择和品种配置。为研究过氧化氢酶(Catalase, CAT)在油茶自交不亲和中的作用,本文对油茶自、异交授粉后雌蕊中的CAT活性进行了测定,并克隆得到3个CAT基因,命名为CoCAT1～CoCAT3。结果显示,其CDS分别为1479、1287和1479 bp,编码492、428和492个氨基酸。多序列比对结果表明,其编码产物在C末端均含有典型的三肽序列。系统进化分析发现,CoCAT2、CoCAT3与NtCAT3亲缘关系最近,CoCAT1与CsCAT1亲缘关系最近。基因表达模式分析结果显示,3个基因在授粉72 h后的自交雌蕊中表达量最大,在授粉36、84 h自交雌蕊中的表达量显著高于异交。自、异花授粉均引起油茶雌蕊内CAT活性的上升,但幅度不同,推测油茶CAT可能参与油茶自交不亲和的响应机制。