水稻基因APRT的克隆及其与温敏核雄性不育的关系

在拟南芥中腺嘌呤磷酸核糖转移酶基因(APRT)突变导致植株雄性不育。本文首次报道从水稻(Oryza sativa subsp.indica)中克隆了基因APRT(GenBank登录号AY238894),并将其定位于水稻第4染色体的一个BAC克隆(AL606604)的58000bp至63000bp区域。该基因K4220bp(起始密码子至终止密码子),含7个外显子、6个内含子,编码的APRT蛋白长212个氨基酸残基,与其他物种来源的APRT序列存在很高的同源性。与大麦、小麦、拟南芥1型及其2型的该蛋白同源性分刖为54．9％、54．9％、49．6％和59．5％。经保守结构域搜索发现该蛋白中存在APRT催化结构域。从DNA、mRNA两个水平分析了该基因与水稻温敏核雄性不育(TGMS)的关系,结果表明：受温度诱导,水稻“安农S—1”APRT基因的表达变化可能与温敏核雄性不育表现型具相关性。     

小麦光温敏核雄性不育基因的初步定位

农大3338是通过多年鉴定发现的一个优良的光温敏核雄性不育小麦品系,运用SSR和ISSR两种分子标记对其光温敏核雄性不育基因进行了定位,检测到了两个光温敏核雄性不育基因座位,并分别命名为ptms1和ptms2,其中ptms1的基因效应是ptms2的2～3倍。     

水稻籼型光温敏核雄性不育性遗传研究

1　引　　言水稻光温敏核雄性不育性是一种典型的生态遗传现象 ,其遗传行为既受内部基因控制 ,又受外部光、温等生态因子的调节 ,还与所处的遗传背景密切相关 .前人已对农垦 5 8Ｓ及其衍生系等粳型光温敏核不育性有过较系统地研究 ,并提出一对、二对、三对和重复基因突变等多种假说[3 ,5,7～ 9] ;但对籼型及非农垦 5 8Ｓ基因源的光温敏核不育性研究较少 .本文采用极大似然法 ,对不同来源的籼型光温敏核不育性进行系统研究 ,旨在揭示其遗传本质 ,为解决两系法杂交水稻推广过程中出现的不育起点温度“漂移”等问题提供理论依据 .2　材料与方法…     

主要作物光温敏核雄性不育基因的研究进展与应用*

光温敏核雄性不育系在不同的生态环境条件下可以实现一系两用,简化制种程序,是农作物杂交种子生产的一种重要资源。简要介绍了主要作物杂交种子生产方式,综述了水稻、小麦、玉米、谷子等作物光温敏核雄性不育系的研究进展以及在两系杂交种子生产上的应用,并探讨了光温敏核雄性不育系的应用前景。     

温度对温敏核雄性不育水稻花粉育性与花药蛋白质的影响

温度对温敏不育水稻二九青Ｓ花粉育性的影响极为明显,在３０℃高温下,其花粉接近全不育;２０℃低温下花粉不育度亦高,但不及３０℃高温下显著。与原种二九青相比,高低温均使二九青Ｓ花药可溶性蛋白质含量明显增加,低温下更为显著;蛋白质ＳＤＳ－ＰＡＧＥ图谱表明经３０℃处理的二九青Ｓ花药蛋白质组分比原种二九青少了３条谱带。安农Ｓ－１在高温下花药中无花粉发育;而花药可溶性蛋白质含量高于适温（２５℃）下;ＳＤＳ－Ｐ     

水稻线粒体atpA基因的克隆及其与细胞质雄性不育的关系

本研究以水稻BT型细胞质雄性不育系秋光和相应的保持系秋光为材料，提取线粒体DNA，用限制性内切酶完全酶解，以玉米线粒体atpA基因和波菜叶绿体atpA基因作为探针，进行分子杂交，将保持系线粒体atpA基因定位在3.5kb的Bam HI酶切片段上，并且以pBR322为载体，克隆了这一片段，另外，在Bam HI完全酶解普带的杂交结果中，不育系线粒体基因组中有两条阳性杂交带，分别是3.5kb和2.9kb，而保持系线粒体基因组中只有3.5kb一条阳性杂交带，因而认为水稻不育系线粒体基因组中可能有两个atpA基因拷贝，而相应的保持系线粒体基因组中只有一个atpA基因拷贝。     

温度对温敏核雄性不育水稻花粉育性与花药蛋白质的影响

温度对温敏不育水稻二九青Ｓ花粉育性的影响极为明显,在３０℃高温下,其花粉接近全不育;２０℃低温下花粉不育度亦高,但不及３０℃高温下显著。与原种二九青相比,高低温均使二九青Ｓ花药可溶性蛋白质含量明显增加,低温下更为显著;蛋白质ＳＤＳＰＡＧＥ图谱表明经３０℃处理的二九青Ｓ花药蛋白质组分比原种二九青少了３条谱带。安农Ｓ－１在高温下花药中无花粉发育;而花药可溶性蛋白质含量高于造温（２５℃）下;ＳＤＳＰＡＧＥ蛋白质图谱也表明高温下少１条谱带。     

具野稻细胞质的胞质型雄性不育系的体细胞克隆变异II.体细胞克隆温敏核不育突变

在胞质型水稻雄性不育系IR66707A和IR69700A经离体培养而获得的136个体细胞克隆中,发现了温敏核不育突变5例。这类突变体在广州地区的自然气候下,早季至晚季前期表现为不育,晚季后期表现为可育。盛夏,在幼穗发育至花粉形成阶段对部分突变材料进行短日照处理,发现对短日照敏感的不育系农垦58S转换为可育,而供试的5例突变及另一对照培矮64S却与未经处理的材料一样仍表现为不育,表明它们的育性与日照长度的变化无关。在同一发育时期进行低温处理的结果显示,低温处理10d及10d以上者可发生育性转换,自交结实率在17.23%-42.19%之间,而未经处理的材料仍然表现不育,表明它们的育性转换与温度有关。以正常品种为父本与突变体杂交,F1全部为可育;F2可育与不育个体的分离比为3:1;以F1为父本与之测交,TF1代中可育与不育个体的分离比为1:1。遗传分析表明,这种温敏核不育突变为一对隐性核基因所控制。获得了由胞质型雄性不育变为胞核型雄性不育的突变体,这在体细胞克隆变异领域中是一种典型的突变。     

水稻线粒体atpA基因的克隆及其与细胞质雄性不育的关系

本研究以水稻BT型细胞质雄性不育系秋光和相应的保持系秋光为材料,提取线粒体DNA,用限制性内切酶完全酶解,以玉米线粒体atpA基因和波菜叶绿体atpA基因作为探针,进行分子杂交,将保持系线粒体atpA基因定位在3.5kb的Bam HI酶切片段上,并且以pBR322为载体,克隆了这一片段,另外,在Bam HI完全酶解普带的杂交结果中,不育系线粒体基因组中有两条阳性杂交带,分别是3.5kb和2.9kb,而保持系线粒体基因组中只有3.5kb一条阳性杂交带,因而认为水稻不育系线粒体基因组中可能有两个atpA基因拷贝,而相应的保持系线粒体基因组中只有一个atpA基因拷贝。     

应用水稻基因芯片分析小麦光温敏核雄性不育系的基因差异表达

小麦光温敏雄性不育系是二系法杂交小麦应用技术体系的核心与基础,其育性严格受光周期和温度控制.了解光温敏雄性不育机理将促进二系法杂交小麦育种技术的应用和发展,而筛选控制不育的关键基因是揭示光温敏雄性不育分子机理的前提.由于小麦基因组信息有限,根据小麦与水稻有较高同源性,尝试利用水稻基因组芯片筛选小麦光温敏雄性不育系BS366冷胁迫响应基因.得到9个差异表达基因,这些基因参与基因表达调控、胁迫应答、信号转导、代谢等重要生命过程,为解析小麦光温敏雄性不育机理提供了有益信息.利用雄蕊cDNA半定量PCR法验证表明,NADH（nicotinamide adenine dinucleotide hydrate）脱氢酶亚基4L、锌指富含DHHC（deaf/hard of hearing connection）结构、线粒体物质运输蛋白、外被体蛋白COPⅠδ（coat proteinⅠδ）亚基和ABC（ATP-binding cassette）转运蛋白5个基因,在低温和对照温度下表达存在明显差异,可作为育性相关候选基因开展下一步研究.     

Low temperature compensates for defective tapetum initiation to restore the fertility of the novel TGMS line ostms15

In rice breeding, thermosensitive genic male sterility (TGMS) lines based on the tms5 locus have been extensively employed. Here, we reported a novel rice TGMS line ostms15 (Oryza sativa ssp. japonica ZH11) which show male sterility under high temperature and fertility under low temperature. Field evaluation from 2018 to 2021 revealed that its sterility under high temperature is more stable than that of tms5 (ZH11), even with occasional low temperature periods, indicating its considerable value for rice breeding. OsTMS15 encodes an LRR-RLK protein MULTIPLE SPOROCYTE1 (MSP1) which was reported to interact with its ligand to initiate tapetum development for pollen formation. In ostms15, a point mutation from GTA (Val) to GAA (Glu) in its TIR motif of the LRR region led to the TGMS phenotype. Cellular observation and gene expression analysis showed that the tapetum is still present in ostms15, while its function was substantially impaired under high temperature. However, its tapetum function was restored under low temperature. The interaction between mOsTMS15 and its ligand was reduced while this interaction was partially restored under low temperature. Slow development was reported to be a general mechanism of P/TGMS fertility restoration. We propose that the recovered protein interaction together with slow development under low temperature compensates for the defective tapetum initiation, which further restores ostms15 fertility. We used base editing to create a number of TGMS lines with different base substitutions based on the OsTMS15 locus. This work may also facilitate the mechanistic investigation and breeding of other crops.     

无花粉型水稻温敏核不育系籼S的育性表现与细胞学观察

温敏核不育水稻籼S是从优质常规稻籼黄占自然突变而来的一个无花粉型光温敏核不育种质资源。在广州(23°08′N)自然条件下,一年中具有明显的“可育-不育-可育”的育性转换,5月初至10月底为稳定不育期。在人控光温条件下,低温诱导其由不育转为可育需要较长的持续时间,日均温21℃需7d以上,23.5℃需15d以上。细胞学观察表明其无花粉败育主要是由减数分裂时期的异常引起的,表现为小孢子母细胞粘连与液泡化、减数分裂受阻于前期Ⅰ的细线期、进行无丝分裂与异常的胞质分裂,始终没有正常四分体的形成,而是产生大小不同、核数不等的异常细胞,并最终解体消失。其花粉败育特点不同于以往研究过的光温敏核不育水稻,具有花粉败育时期早而败育彻底的特点。     

Effect of Growth Regulators and Chemicals on Pollen Sterility in TGMS Lines of Rice

Thermosensitive genic male sterility (TGMS) in rice is a widely adopted technique for successful hybrid rice production in Asia. TGMS lines remain male sterile when daily mean temperature is above the critical sterility temperature and are therefore used as female parents. The same line will remain fertile when mean temperature is below the critical sterility temperature. Achievement of 100% male sterility in TGMS lines is important for the successful utilization of TGMS lines as female parents in hybrid rice production. This study examined the external application of some growth regulators and chemicals and their effect on pollen sterility. Among the various treatments, ethrel (800 ppm), salicylic acid (600 ppm) and maleic hydrazide (0.2%) induced a significantly higher percentage of male sterility in the TGMS lines. The sprayed plants also showed higher total phenol accumulation in their flag leaves. The results suggest that it is possible to achieve 100% male sterility in TGMS lines with the external application of growth regulators and chemicals.     

水稻不育系安农S-1育性转换及相关基因的表达分析

通过在自然环境和高温温室内对安农S-1的不同部位进行高温、低温诱导处理,对水稻温敏核不育系安农S-1的温度敏感时期和诱导部位进行了研究。总共进行了8种处理,结果表明：安农S-1的育性转换时期是从花粉母细胞形成到减数分裂的四分体时期之前。在育性转换时期,处于高温的条件下,根部低温处理不能诱导安农S-1可育,穗部低温处理可以使安农S-1保持可育,可见安农S-1的温度敏感部位在幼穗。aprz基因和育性相关,用RT-PCR方法研究了aprt基因在安农S-1不同部位和不同温度环境的表达变化,结果显示,在幼穗中aprt基因的表达在高温环境中被大幅度下调,而在叶中和根中的变化比较小,这说明幼穗对温度最敏感,从侧面验证了引起安农S-1育性转换的温度敏感部位是在幼穗。     

长穗颈温敏核不育水稻穗颈节间长度及细胞学观察

以水稻培矮64S作对照,对隐性长穗颈温敏核不育水稻(Oryza sativa L.)长选3S幼穗各发育时期穗颈节间长度及细胞数量和长度进行比较分析。结果表明,长选3S在幼穗分化的二核期至始花期穗颈节间伸长速度最快,其节间伸长的长度是培矮64S的2.1倍;在花粉母细胞减数分裂期至二核期及始花当天至始花后第3天两个时段,穗颈节间伸长速度慢。穗颈节间的细胞个数和平均长度两者呈现相似的变化规律,但从花粉母细胞减数分裂期至始花期,长选3S穗颈节间薄壁细胞增加3759个,细胞平均长度为72.9μm,培矮64S增加3134个,细胞平均长度为38μm,长选3S穗颈节间的伸长主要是由幼穗分化的花粉母细胞减数分裂期至始花期细胞分裂和细胞伸长共同作用的结果,其中后者的作用更显著。     

长穗颈双低温敏核不育水稻的选育

双低温敏核不育水稻 (96- 5- 2 S)干种子通过 350 Gy60 Coγ-射线直接辐射 ,处理后的 M1代在育性转换敏感期让其感受自然低温而自交繁殖 .M2 代单本或双本密插 (1 0× 1 3.33cm) ,从 M2 代 2 5万株群体中 ,筛选出 7株长穗颈双低温敏核不育株 .它的成功选育 ,解决了我国两系杂交水稻的制种中不育系育性易出现反复和九二 Ο施用量大的两大技术难题     

温度对长穗颈温敏核不育水稻(Oryza sativa L.)穗颈伸出长度的影响

以隐性长穗颈温敏核不育水稻(OryzasativaL)长选3S为材料,研究了温度对隐性长穗颈温敏核不育水稻长选3S穗颈伸出长度的影响。结果表明:人工24℃条件下,在始花前第12天至始花前第4天和始花当天至始花后第3天两个时段,穗颈节间伸长速度慢,两者节间日均伸长长度基本一致,但从始花前第4天至始花当天,长选3S穗颈节间伸长速度最快,其节间日均伸长的长度是培矮64S的2.1倍。在敏感期分别进行22、24、26、28℃4种人工温度处理,28℃条件下穗颈节间伸长受阻,出现包颈现象;26～22℃条件下穗颈伸出长度都为正值,不包颈,但穗颈伸出剑叶叶鞘的长度随温度降低而增加。通过对穗颈节间细胞数目和细胞长度的比较分析表明,长选3S穗颈节间的伸长主要是由于细胞分裂和细胞伸长共同作用所致,其中后者作用更显著,且随处理温度的升高,穗颈节间最内和最外层薄壁细胞数目减少,细胞平均长度变短。     

长穗颈不育水稻穗颈节间的细胞学研究

通过对长选3S和培矮64S定长的穗颈节间细胞个数统计和细胞长度的测量,得出长穗颈不育水稻穗颈节间伸长的细胞学变化规律.自然条件下长穗颈不育水稻长选3S穗颈节间比对照培矮64S长18.0cm,其纵列厚壁细胞和薄壁细胞数分别比培矮64S多1248个和580个;厚壁细胞和薄壁细胞平均长度分别比培矮64S长23.3μm和38.3μm,尤其是中部区段的厚壁细胞和薄壁细胞分别比对照长24.8μm和48.7μm;穗颈节间薄壁细胞的长度由基部区段至中部区段呈突跃式增加,而由中部至顶部区段则呈缓慢减少的趋势.隐性长穗颈温敏核不育水稻穗颈节间伸长是由细胞数目增多和细胞长度增加双重作用所致,其中后者作用更显著.