雄性不育枸杞花药比较转录组分析

为筛选宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)雄性不育花药发育相关的差异表达基因,本研究开展了雄性不育品种‘宁杞5号’和可育品种‘宁杞1号’成熟花粉时期花药转录组分析,共获得差异表达基因1 759个,在‘宁杞5号’中有753个基因上调表达,1 006个基因下调表达。KEGG富集表明,这些差异表达基因主要富集到氨基酸的生物合成、植物激素信号传导、苯丙素生物合成、淀粉和蔗糖代谢、脂肪酸代谢等相关通路。对有注释信息的差异表达基因进行NR和Uniprot数据库检索,筛选到28个花药发育相关基因,其中有20个在‘宁杞5号’中下调表达,8个上调表达。选取其中的5个差异表达基因进行RT-qPCR验证,结果与转录组数据趋势一致。甘油醛-3-磷酸脱氢酶(Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, GAP)、束状阿拉伯半乳糖蛋白3(Fasciclin-like arabinogalactan protein 3,FLAs)和花药特异表达启动子LAT52系统发育树分析表明,3个基因分别与同科的物种在同一个进化分支上且同源性较高。这些差异表达基因可能在宁夏枸杞‘...     

宁夏枸杞雄性不育花药中胼胝质动态变化特征

胼胝质是以β-1,3键结合的葡聚糖,其形成的壁结构只发生在特定组织。当其提前或延迟降解时,会导致花粉败育,明确胼胝质的沉积动态规律对探究雄性不育机理及利用枸杞雄性不育具有重要意义。本研究以宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)可育系‘宁杞1号’与不育系‘宁杞5号’为实验材料,采用半薄切片技术,并利用苯胺蓝和标记胼胝质的方法和高碘酸-希夫反应(Periodic Acid-Schiff stain, PAS),在光学显微镜下对比观察了不同发育时期的宁夏枸杞可育和不育花药中胼胝质的动态变化特征,分析了胼胝质对不育系花药败育的影响。结果显示,小孢子母细胞时期,可育和不育花药小孢子母细胞外沉积形成厚薄不均的胼胝质壁,荧光反应显示减数分裂形成四分体后,胼胝质壁逐渐增厚。随着花药的进一步发育,可育花药中四分体外胼胝质壁逐渐解体、消失,释放出四个小孢子。而不育花药中四分体外的胼胝质壁不断增厚,并没有出现降解迹象,直至开花,药室中小孢子仍以四分体状态存在,已经变形、解体的四分体外仍包裹着胼胝质壁。胼胝质降解异常是导致宁夏枸杞花粉败育的结构原因。本文进一步对不育系四分体胼胝质壁未发生降解的原因进行了分析,为解析宁夏枸杞雄性不育机理提供理论基础。     

基于转录组测序的宁夏枸杞不同品种果实活性成分合成差异表达基因分析

为探究不同品种宁夏枸杞果实活性成分生物合成相关基因的表达水平,筛选关键差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),揭示宁夏枸杞品种间活性成分含量差异的分子机制,本研究采用Illumina NovaSeq 6000高通量测序技术,对宁夏枸杞‘宁杞1号’和‘宁杞7号’青果期、转色期及成熟期果实进行转录组测序,比较2个品种果实不同发育期相关基因表达谱的变化。结果显示:转录组测序共获得811818178条clean reads,有121.76 Gb有效数据。‘宁杞1号’和‘宁杞7号’在青果期、转色期和成熟期差异表达基因分别有2827、2552和2311个;分别有2153、2050和1825个差异基因在基因本体论(gene ontology,GO)、京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析和同源蛋白簇(clusters of orthologous groups of proteins,KOG)分析等6个数据库中被成功注释。青果期、转色期和成熟期果实的差异表达基因,在GO数据库分别有1307、865和624个被富集到生物学过程、细胞组分及分子功能3个部分中;KEGG通路富集结果均集中在代谢途径、次生代谢物生物合成和植物-病原互作过程;在KOG数据库,3个发育期分别注释了1775、1751和1541个差异表达基因。对注释的基因进行PubMed数据库检索,在青果期、转色期和成熟期分别筛选到与枸杞活性成分合成相关的差异表达基因18、26和24个,这些基因主要参与类胡萝卜素、类黄酮、萜类、生物碱和维生素等代谢途径。选取7个差异表达基因进行RT-qPCR验证,结果与转录组测序数据表达趋势一致。本研究从转录水平为不同品种宁夏枸杞活性成分含量差异提供了初步证据,为进一步挖掘枸杞活性成分生物合成的关键基因及解析其表达调控机制提供了研究基础。     

萝卜雄性不育系花药发育组织化学的初步研究

对萝卜（ＲａｐｈａｎｕｓｓａｔｉｖｕｓＬ．）２种雄性不育系及相应保持系花药发育过程进行组织化学研究,研究结果表明,２种不育花药组织化学变化与小孢子败育变化皆类似,不育系４７５Ａ的花药发育受阻于孢原细胞分化之前,此时花药时含少量蛋白质,核酸的较多淀粉粒。随着花粉的长大,不再含有蛋白质,核酸和淀粉粒,不育系春红Ａ的花药在四分体以前与可育系类似,含丰富蛋白质,核酸和多糖。在单核期绒毡层异常引起小孢子败育     

灯盏花雄性不育种质鉴定与花药发育的细胞学研究

对云南泸西栽培灯盏花群体进行调查,发现了灯盏花雄性不育种质个体,其出现频率约为1.06×10-4.对所发现的灯盏花不育株形态特征及其花药发育过程进行了观察,并对花粉活力进行鉴定.结果显示:(1)灯盏花不育株根、茎、叶形态与正常可育植株基本相似,管状花小,花丝短,花药瘦小,无花粉粒散出或花粉无活力.(2)灯盏花在其花药发育的小孢子母细胞时期、四分体时期、小孢子时期和单核早期,由于绒毡层细胞液泡化、提前解体,不能为小孢子或花粉发育提供所需物质,导致小孢子母细胞和四分体解体,产生无花粉的花药;或小孢子和单核花粉胞内降解,形成不同形状和外壁纹饰的败育花粉.研究认为,灯盏花花药绒毡层异常是其花粉败育的主要原因.     

枸杞花药发育基因LbMS2的克隆及表达分析

MS2(Male sterily2)类基因编码脂肪酰基还原酶,参与了花药绒毡层中脂类代谢过程。该研究以宁夏枸杞(‘宁杞1号’)为试验材料,采用RACE方法从枸杞花药cDNA中获得枸杞LbMS2基因。结果显示,LbMS2基因开放阅读框为1 782bp,编码593个氨基酸,等电点为8.98;生物信息学分析显示,LbMS2蛋白定位于叶绿体;LbMS2蛋白序列与茄科植物矮牵牛、茸毛烟草、马铃薯、番茄以及甜辣椒中的MS2蛋白表现出较高的序列相似性;实时荧光定量PCR结果显示,LbMS2基因具有器官表达特异性,只在枸杞花器官中表达,并且在枸杞花药发育的四分体时期以及单核花粉时期表达量最高。研究表明,LbMS2基因是枸杞花器官发育过程中的重要基因。     

水稻红莲型细胞质雄性不育系小孢子不同发育时期花药总蛋白质比较分析

采用双向凝胶电泳对水稻红莲型细胞质雄性不育的不育系小孢子发育单核期和二核期花药总蛋白进行了分离,通过银染显色,获得了分辨率和重复性较好的双向电泳图谱,且单核期和二核期花药总蛋白质在双向电泳胶上分布的图谱十分相似。PDQuest 2DE图像分析软件在等电点(pI)3.0~10.0、分子量(M.W.)9.0~98.0 kD之间可识别约1 800个蛋白质点。比较分析发现单核期和二核期花药中共有241个差异表达的蛋白质点,其中仅在单核期中表达的点数为125,仅在二核期中表达的为13点;表现为表达量差异的105点,其中在二核期表达下调的点数为70点,表达上调的为33点。还对蛋白质点集中的区域(pI 4.5~8.0,M.W.25.0~70.0 kD)中的41个差异蛋白质点进行了分子量和等电点分析。     

宁夏枸杞雄性不育种质个体YX-1的发现与鉴定

从宁夏枸杞主栽品种宁杞1号生产园内发现雄性不育种质YX-1个体,本研究对其生殖发育进行了进一步的实验验证,结果表明:YX-1植株花柱超长,柱头高于雄蕊;雄蕊花丝较短,花药外形正常且花药开裂,但无花粉粒散出,染色实验未见着色的花粉粒;强制自交结实率为0,异花人工授粉座果率为100%,成熟鲜果平均单果重为宁杞1号的180%以上;经花药发育及小孢子发生过程观察,YX-1败育主要发生在四分体时期,表现为四分体无法正常释放形成单核花粉粒,绒毡层细胞径向伸长和液泡化,之后延迟解体而整体脱落.初步研究结果表明YX-1种质表现雄性不育且杂种优势明显,具有良好的利用前景.     

枸杞花药发育过程中脂滴和淀粉粒的分布特征

宁夏枸杞(Lycium barbarurn L．)花药发育过程中,淀粉粒和脂滴两种营养物质的积累和分布具有一定的特点：在造孢细胞时期,药隔薄壁细胞,表皮和药室内壁细胞中开始积累淀粉粒,而造孢细胞、绒毡层细胞和中层细胞中则没有淀粉粒。在四分体时期,绒毡层细胞开始积累脂滴并且数量逐渐增加。到小孢子晚期,绒毡层细胞降解,内含脂滴流入药室中。在小孢子发育过程中既没有淀粉粒也没有脂滴积累,直到二胞花粉的大液泡消失后花粉粒中才开始积累脂滴,然后又开始出现淀粉粒。枸杞成熟花粉中的营养储存物是脂滴和淀粉粒。     

宁夏枸杞的胚胎发生和胚乳发育

宁夏枸杞的胚胎发生属茄型,由顶细胞参与胚体的形成,基细胞仅形成六细胞胚柄。胚乳发育为细胞型,但也观察到少数核型胚乳的现象。初步探讨了核型胚乳与细胞型胚乳的关系。     

不结球白菜雄性不育系及其保持系花药发育的细胞学观察

以不结球白菜（Brassica campestris ssp．chinensis Makino）雄性不育系及其保持系为试验材料,选择不同发育阶段的花蕾,取其花药,制成石蜡切片和超薄切片,经染色后在电子显微镜下观察。结果表明,不结球白菜雄性不育系与保持系的花药发育有明显的不同：不育系花药发育受阻于花粉母细胞分化期,形成1～3个药室,并形成正常的四分体小孢子,此时细胞组织逐步解体,形成空腔花药;最后向内皱缩;保持系花粉母细胞能形成正常的四分体,进而形成小孢子,最终形成充满正常花粉粒的花药。     

宁夏枸杞异型绒毡层发育的超微结构特点

采用半薄和超薄切片技术对宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)异型绒毡层的来源、结构及发育特点进行了研究,结果表明:(1)枸杞异型绒毡层由药隔绒毡层和药壁绒毡层组成,两种绒毡层除了来源、形态及分布位置不同外,其分化、成熟和降解时间,以及细胞质组成、分泌物成分等均有差异.(2)小孢子母细胞期间,药隔绒毡层细胞电子密度大,具有很强的脂质性质,光滑内质网和脂质小泡很丰富;而药壁绒毡层细胞中的核糖体和粗糙内质网较多.四分体后期,两种绒毡层细胞均含有很丰富的核糖体、粗糙内质网和分泌团.减数分裂前,两种绒毡层的细胞壁出现松散并呈絮状.之后,由于不同发育时期绒毡层细胞的不同分泌物在絮状细胞壁中的分布,致使二者的细胞壁都出现了一系列变化.(3)从小孢子早期开始,两种绒毡层细胞的质膜都发生了局部解体.分析推测,在母细胞期间药隔绒毡层具有较高的糖和脂类合成率,药壁绒毡层具有较高的蛋白质类合成率;在四分体后期,药隔绒毡层具有加强胼胝质酶合成和分泌的功能;而两种绒毡层絮状松散的细胞壁和局部解体的质膜有利于绒毡层的较大颗粒分泌物大量、顺利地分泌出绒毡层细胞.     

宁夏枸杞雄性不育材料小孢子发生的细胞形态学观察

采用常规显微制片法,在光学显微镜下观察了宁夏枸杞雄性不育材料'YX-1'与可育材料'宁杞1号'的小孢子发生过程和各时期的形态特征.结果表明:不育材料'YX-1'小孢子发育受阻于四分体时期,无法形成正常的单核花粉粒,败育的特征是四分体胼胝质壁不能适时降解,四分孢子在胼胝质壁内液泡化、核质收缩降解,绒毡层细胞异常肥大增生,推迟解体.压片结果表明,不育材料'YX-1'四分孢子形状不规则、空瘪、解体,败育比较彻底.     

宁夏枸杞果实与种子形态发育初探

研究了宁夏枸杞不同发育时期果实和种子形态的变化特征及种子内胚的变化.结果表明:宁夏枸杞果实的生长发育曲线为花后8d以前为其第一次快速生长期,花后8～24 d为缓慢生长期,花后24～34 d是第二次快速生长期,属于典型的双“S”型.宁夏枸杞种子的生长曲线既不属于单“S”型,也不属于双“S”型,表现为果实的第一次快速生长期同样也是种子的快速生长期,但种子完成的生长比例快于果实完成的生长比例,此期种子内的胚乳生长快;当果实进入缓慢生长期,种子也表现出缓慢生长的特性,且种子长度和宽度的增加速率均显著低于果实第一次快速生长期种子的生长速率,此期种子主要进行胚的分化;在果实的第二次快速生长期,果实体积和重量迅速增加,而种子的长度和宽度增加很少,此期种子内仅胚进一步增大,从而反映出宁夏枸杞果实的发育与种子发育有一定的相关性.     

功能雄性不育茄子差异基因及代谢途径分析

以茄子功能雄性不育系(S13)和可育系(F142)为材料,对花蕾不同发育时期的细胞学特征进行观察,发现S13花药中环形细胞簇的解体时期比F142延迟2d,开花当天F142的裂口组织及内绒毡层的细胞解体,而S13中无此现象发生.转录组测序分析表明,F142和S13开花前8天、5天和开花当天的花药共有1 436个差异表达基...     

枸杞MADS-box1基因的克隆及组织表达分析

MADS-box转录因子是果实成熟调控网络中的关键因子之一,调控果实发育、成熟与开裂、花器官的形成、光合作用与营养代谢以及激素信号转导等生理活动.本研究以宁夏枸杞果实为材料,利用RACE技术克隆枸杞MADS-box1基因,通过BLASTN进行相似性分析;采用DNAMAN软件构建进化树;采用ExPaSy的SOPMA和Ph...     

盐胁迫下宁夏枸杞苯丙烷代谢相关基因差异表达分析北大核心CSCD

为探究盐胁迫条件下宁夏枸杞苯丙烷代谢相关基因差异表达规律,以不同浓度NaCl(0,100,200,300 mmol/L)处理的水培宁夏枸杞幼苗为研究材料,利用高通量测序技术和qRT-PCR对盐胁迫下宁夏枸杞苯丙烷代谢相关基因差异表达进行分析,同时对该途径中关键酶活性及产物含量进行测定。结果表明,(1)宁夏枸杞在不同浓度NaCl处理下共有58个苯丙烷代谢相关基因差异表达,且随着盐胁迫程度的增加大部分基因表达水平上调或不变;(2)随着NaCl浓度的增加,宁夏枸杞叶片抗氧化酶SOD、POD、CAT的活性均下降,而酚类物质、类黄酮和木质素的含量在100 mmol/L NaCl处理下均显著积累。研究发现,宁夏枸杞可能通过调控苯丙烷代谢相关基因上调表达,增加酚类物质、类黄酮和木质素的合成,来清除过多活性氧和提升细胞壁强度以适应盐胁迫;宁夏枸杞可耐受的NaCl浓度在100~200 mmol/L之间。     

基于RNA-seq技术的青藏高原不同海拔水毛茛转录组测序及基因表达分析

以青藏高原不同海拔7个居群的水毛茛(Batrachium bungei(Steud.)L.Liou)为材料,对其进行转录组测序及基因表达分析,研究它们在极端环境下基因表达方面的适应性.结果显示,7个居群内样本间的基因表达具有较高的相似性.差异基因富集分析结果发现苯丙烷生物合成相关基因在5个差异组中均呈显著富集;此外类黄...     

PEG模拟干旱胁迫下马铃薯茎段转录组分析

该研究以‘青薯9号’马铃薯无菌苗为材料,采用转录组测序技术分析模拟干旱胁迫下马铃薯茎段的差异表达,探究茎段在干旱胁迫下的分子机制。结果表明:(1)不同程度干旱胁迫下,马铃薯叶片脯氨酸、可溶性糖以及可溶性蛋白含量明显增加;马铃薯茎段差异表达基因下调的数量均多于上调,其中3种处理条件下共有的差异表达基因有657个。(2)GO富集分析表明,马铃薯茎段差异表达基因主要集中在氧化还原过程、激素响应、氧化还原酶活性以及糖基水解酶活性;Pathway富集分析表明,马铃薯茎段差异表达基因主要集中在植物激素信号转导、苯丙酸生物合成、玉米素生物合成、苯丙氨酸代谢、淀粉和蔗糖代谢以及次生代谢产物的生物合成。(3)实时荧光定量PCR验证结果表明,6个差异表达基因在不同程度干旱胁迫中的差异表达与转录组分析的结果基本一致,证明转录组数据的可靠性。该结果对进一步研究马铃薯干旱胁迫响应机制有一定参考价值,也丰富了马铃薯抗旱育种的基因资源。