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．     

水稻细胞质雄性不育及育性恢复研究进展

植物细胞质雄性不育(CMS)是广泛存在于自然界中的现象,主要表现为不能产生有功能的花粉从而导致不能正常受精结实的自然现象。CMS的起因源于受植物细胞质基因的影响表现出雄性不育的特征,目前研究表明为线粒体的基因引起的雄性不育。相应地,细胞核中存在某类基因能够编码一种蛋白使其育性得以恢复,这一类基因称为育性恢复基因(Rf genes)。杂交水稻的生产依赖于CMS的发掘和利用,并且这也是农作物增产的一条有效途径。迄今为止,水稻中CMS和育性恢复的相关研究较多,机理阐述相对比较深入,本文主要介绍水稻CMS及育性恢复基因的研究及CMS和育性恢复机理的最新研究进展,希望能为揭示水稻CMS与育性恢复机制以及其他作物的CMS/Rf研究提供参考,为新型杂交水稻的培育提供新思路。     

光照强度对温光敏细胞核雄性不育小麦育性的影响

以具有低温不育、高温可育特性的温光敏细胞核雄性不育小麦C412S和C404S为材料,以其回交转育亲本、育性正常的C412和C404为对照,用人工气候箱研究了光照强度对温光敏细胞核雄性不育小麦育性表达的影响。结果表明,在低温条件下(日温8℃/夜温6℃),C412S和C404S在不同光照强度(160μmol/m2.s和300μmol/m.2s)下自交结实率都为0,表现为完全不育。在较高温度条件下(日温18℃/夜温14℃),从花粉母细胞形成期到开花期的光照处理,C412S在160μmol/m.2s弱光照下的自交结实率仅为5.4%,表现为高不育,在300μmol/m2.s较强光照下的自交结实率高达65.0%,表现为高度可育;而另一不育系C404S在2种光照强度下的自交结实率分别为69.9%和73.2%,都达到了高度可育水平。表明光照强度对温光敏细胞核雄性不育小麦的雄性育性表达具有重要影响,但不同材料对光照强度的响应程度有所差异。     

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.     

向日葵1049自交系细胞质雄性不育恢复性的遗传

对从我国向日葵地方品种中选育出的1049自交系的雄性不育恢复性进行了遗传分析,表明所研究 的细胞质雄性不育系为抱子体不育、育性恢复毯因对雄性不育基因为显性,四个组合F：代花粉育性分 离情况,可育比不育符合3:1的理论比例,回交世代的分离比例符合1:10     

青花菜Ogu不育胞质分子鉴定和序列分析

雄性不育是农作物利用杂种优势、进行轮回选择和群体改良的重要手段,在农作物生产中具有巨大的利用价值。该研究为了鉴定青花菜细胞质雄性不育材料的不育胞质类型,以期今后为青花菜种质资源的收集、利用及分子标记辅助育种提供新的不育标记。根据Gen Bank中orf138基因保守序列设计特异引物,对20个青花菜种质资源基因组DNA进行PCR扩增。结果表明:特异引物P1/P2在12个青花菜雄性不育基因型中均扩增出392 bp的片段,在8个可育基因型中未扩增出条带,与田间育性鉴定结果相符。获得青花菜Ogu胞质雄性不育的特异基因orf138序列,Gen Bank中的登录号为HQ149728;用Blastn在Gen Bank中进行同源性比对分析,发现12个不育材料的特异片段与已报道的萝卜Ogu CMS所具有的Ogu orf138基因(Genbank登录号:Z18896.1)同源度高达100%。序列同源比对发现orf138基因存在变异位点。研究结果可为青花菜雄性不育细胞质的分子鉴定、进一步阐明胞质雄性不育败育机理,以及指导青花菜新型不育系的创建和杂种优势高效利用提供理论依据。     

红莲型杂交水稻的研究与发展

1972年,武汉大学科研人员以红芒野生稻为母本,与江西地方品种莲塘早父本杂交,在后代中发现了雄性不育株.再用莲塘早多代回交,于1974年获得了不育性稳定的株系,命名为红莲型细胞质雄性不育系(Honglian-type cytoplasmic male sterility,HL-CMS),莲塘早为其保持系,红莲型细胞质雄性不育水稻由此问世.与单核期花粉败育的野败型水稻不同,红莲型属于二核期配子败育类型,花粉碘染为圆败,是杂交水稻新质源.40年来,武汉大学科研人员将基础研究、应用研究和产业化紧密结合,促进了红莲型杂交水稻的发展.分子功能验证发现,不育系线粒体内一编码79个氨基酸的可读框OrfH79为HL-CMS不育基因,ORFH79蛋白破坏线粒体正常功能后导致花粉败育.遗传分析发现,HL-CMS为双基因恢复模式,进而克隆了恢复基因Rf5和Rf6.育性恢复机理研究表明,恢复基因RF5蛋白与GRP蛋白互作,组装成400~500kD的分子复合体作用于atp6-OrfH79 mRNA,从而恢复不育性.借助分子标记辅助选择技术,创制出新的CMS和多基因恢复水稻材料,并用于育种实践,选育出高产优质红莲型杂交水稻新组合红莲优6号、珞优8号和粤优9号等,相继通过了湖北省、广西省和农业部国家农作物品种审定委员会等审(认)定,构建的红莲型杂交水稻亲本繁殖提纯体系突破了产业化瓶颈.当前,红莲型杂交水稻在中国长江流域、华南稻区已大面积种植,在越南、印度尼西亚、马来西亚、孟加拉和菲律宾等东南亚国家也表现优异,展现出广阔的应用前景.     

籼稻体细胞无性系雄性不育突变的类型

1984—1988年5年间所获得的由体细胞无性系变异起源的雄性不育突变,按它们的性质,可分为花粉败育型,无花粉型和花药退化(或部分退化)型3类。在IR54中,于不同年份(1985和1986年)及不同世代(R_1和R_2代)发现了表型基本相似,基因型可能也相似的两例无花粉型雄性不育突变。在花粉败育型雄性不育突变中,发现1例(54257)为核质互作型雄性不育。以多个品种与之测交,杂种一代中有的表现为育性恢复,有的仍然为雄性不育。能保持其雄性不育的品种有珍汕97、二九矮、新锦粘、162-5(来自IR 52的稳定的体细胞无性系),连续回交3代以上均能基本保持不育(但桂朝2号的回交后代不育性尚不稳定)。能使其育性恢复的品种有IR 24、IR 36、IR 54、双二粘、测64等。初步遗传研究表明,54257表现出十分复杂的核质关系,看来可能具有与野败细胞质完全不同的特性。     

甘蓝型油菜pol CMS育性恢复基因对orf224/atp6的转录调控

用 10个线粒体基因探针对波里马细胞质雄性不育 (polimaCMS)三系 1141A(pol) ,1141B(nap)和 1141R(pol)的花蕾线粒体RNA进行了Northern检测。结果表明 ,只有 3个探针atp6、orf2 2 4和orf2 2 2检测到转录本的差异。atp6在可育的 1141B中只转录产生一个丰度很高的 1 1kb转录本 ,在雄性不育的 1141A和pol胞质恢复系 1141R中 ,这个转录本的丰度明显减少并出现了分子量较大的 2个转录本 2 2kb、1 9kb转录本。与 1141A相比 ,恢复系1141R的 2 2kb和 1 9kb转录本丰度明显减少 ,并伴随着两个新的转录本 1 4kb和 1 3kb。表明orf2 2 4 atp6的表达与polCMS有关 ,并且其转录受到恢复基因Rfp的调控。同时通过对杂种F1 ( 1141A× 1141R)与另一个恢复系RS35 (pol)的比较证实 ,Rfp对orf2 2 4 atp6的调控与Rfp纯合与否无关。orf2 2 4 atp6在 1141A的苗期叶片中还转录产生育性恢复特异的 1 4kb转录本 ,这可能与细胞核基因型和相对低温条件有关。     

粘类非1BL/1RS小麦CMS基因定向选择及其育性特性的研究

对携有不同不育基因的4个粘类小麦雄性不育系进行了定向选择与鉴定,并对其育性特性进行研究,以选育更具应用价值的粘类非1BL/1RS小麦雄性不育系,推动三系杂交小麦的实际应用.结果表明:(1)根尖体细胞随体鉴定和A-PAGE技术分析筛选出的SP4、莫迦小麦为非1BL/1RS类型,其它供试不育系均属于1BL/1RS类型;(2)减数分裂及成熟花粉粒形态观察,粘类非1BL/1RS小麦雄性不育系其不育性是在整个配子发育过程中连续产生的,且在B型不育细胞质背景下,SP4和莫迦小麦的花粉细胞学形态与在K、Ven型2种不育细胞质背景下的不同,B型不育细胞质背景下SP4和莫迦不育系的花粉萌发率比K、Ven型不育细胞质背景下的花粉萌发率高;(3)以不同来源不育基因培育成的粘类K、Ven型非1BL/1RS不育系育性恢复性测定发现,SP4、莫迦小麦2种雄性不育系育性恢复性有一定差异,莫迦小麦不育类型育性恢复性高于SP4.     

主要农作物细胞质雄性不育系育性恢复基因研究进展

提升作物产量、抗逆性和品质的主要手段之一是利用杂种优势,其中细胞质雄性不育/恢复(CMS/Rf)系统是应用最广的雄性不育系统。研究细胞质雄性不育系育性恢复机理是“三系”法选育的重要分子遗传学基础。目前,各个作物已经创制了不同类型的不育系。随着分子技术、基因组学和测序技术的深入,大量育性恢复基因已被定位,且部分已被克隆和功能鉴定。针对主要作物中恢复基因的遗传模式,分子标记定位、克隆及CMS/Rf系统在杂交育种中的应用进行了系统总结。希望本文能为今后恢复系分子标记辅助选育,或利用转基因、基因编辑手段创制新恢复系提供思路。     

水稻不同细胞质类型雄性不育系的研究

收集我国培育的不同细胞质来源的不育系22个,进行了花粉育性、主要经济性状和恢保关系研究,其主要结果如下: 1.利用I-KI染色法检查花粉败育情况及醋酸洋红染色压片观察花粉败育时期,可将22个雄性不育系分为三个类型。     

F型小麦雄性不育系花粉败育和恢保关系研究

F型小麦雄性不育系是一种新型"三系"小麦雄性不育系。为研究F型不育系的花粉败育特点并筛选其恢复源和保持源,采用I2-KI染色法观察F、BNS、T、K和V型不育系扬花期的花粉败育类型,并以F型不育系为母本与98个优良小麦品种(系)进行杂交,检测F1代自交结实率。结果显示:(1)F型不育系的花粉败育率高达95.63%。其中,染败型花粉比例最高,达到67.66%;圆败率为19.32%;典败率最少,仅为8.73%。(2)5种不育系中,F型与K型不育系的花粉育性特征最接近,其次是V型不育系。(3)98个组合F1的自交结实率(国际法)在100%以上11个,0%~10%有18个。(4)‘周麦16’、M510、‘西农815’、‘西农585’对F型不育系的恢复力极强,是其优良恢复系;‘天麦989’、‘存麦4号’、CY 5475、M460、‘12漯-1’和11GB02可通过回交培育成F型不育系的保持系。研究认为,F型不育系花粉败育彻底、稳定,在常规小麦品系中较易找到其保持源和强恢复力品系,是一种良好的新型不育系。     

香梨杂种后代花粉发育类型及其花药的解剖学研究

对4个组合35个香梨F1代单株的花粉发育状况进行了考察,并结合花粉量调查对F1代群体的典型单株进行了花药解剖研究。结果表明:(1)香梨杂种后代的花粉发育类型大致可分为3种类型,即正常发育型、少粒空壳型和完全败育型,其中雄性不育类型(少粒空壳型和完全败育型)占到整个杂交后代株系的42.8%。(2)花药解剖观察显示导致花粉空粒化进而完全解体的主要原因是药壁组织的异常发育。推测梨的雄性不育性可能受1对纯合的隐性基因控制,人为杂交导致的基因重组使隐性基因纯合后在杂交后代中高频率表达;同时发现,其花粉发育也受环境影响,树体的营养状况可影响花粉的发育进程。     

起源于组织培养的籼稻雄性不育体细胞无性系变异

IR8及IR54的成熟种子与幼穗培养在MS培养基,蔗糖6％附加生长刺激素及其它成分的条件下,在再分化植株第一代(R_1)中各发现了1株雄性不育突变(其中来自IR54的1株为育性嵌合体)。在IR24及IR54体细胞无性系第二代(R_2)各发现1个株系分离出雄性不育与育性正常两类植株。上述雄性不育有花粉败育与无花粉型两类。IR24对无花粉型的雄性不育(来自IR54)为半恢复。F_1及R_2代的育性分离完全符合15/16∶1/16的模式,表明雄性不育为两对独立的核基因所控制。通常雄性不育是通过杂交(包括远缘与品种间)理化诱变或自发突变产生的。最近在烟草上通过原生质体融合也获得了雄性不育。但从体细胞培养的无性系及其后代中获得雄性不育的突变,本研究乃属首次。     

核质互作型雄性不育的机理

雄性不育性,其中一种是由于核基因和胞质基因共同作用决定的,故称为核质互作型雄性不育性. 这种雄性不育性的遗传物质基础是细胞质中胞质基因发生了突变,也就是Pr~+(能育)突变成Pr~-(不育).核基因Rf(能育)突变rf(不育).基因组合Pr~-(rf rf). 胞质基因与核基因如何互作而使雄性不育呢?学者们研究得比较深入的还是玉米雄性不育性遗传.核基因在玉米的第一对染色体上位点是23,为隐性遗传.胞质基因有的是在线粒体上.线粒体的化学成分有单链环状DNA,据有人研究,有mRNA,还有rRNA.他们相互关系的模型如图1. 线粒体蛋白M是保证线粒体结构的正常蛋白质;Ps是线粒体上合成M的结构基因;pr~+是     

“Spelta 545”细胞质的雄性不育性

通过对(Spelta 545×662-249)F_1、F_2和BC_1的雄性育性的观察,证实Spelta 545具有对普通小麦品种的雄性不育细胞质。将Spelta(545×662-249)F_2和BC_1中出现的雄性不育株,授以普通小麦品种的花粉能正常结实,表明Spelta 545的雄性不育细胞质对卵细胞的发育和受精结实没有不良影响。     

大豆细胞质雄性不育恢复基因GmRf1的精细定位

目前大豆杂交育种主要依赖于以细胞质雄性不育(CMS,cytoplasmic male sterility)为基础的"三系"法,这其中恢复系的选育至关重要.恢复基因的有无和恢复能力的强弱主要通过被测恢复系与不育系测交后代F1的育性确定,既耗时又费力.若能定位和克隆恢复基因(Rf,restorer-of-fertility...     

二角型小麦雄性不育系花粉败育的细胞学研究

应用石蜡切片和醋酸洋红压片法,从细胞学角度对4个同质异核二角型小麦雄性不育系ms(bicor)-8222、ms(bicor)-80(6)、ms(bicor)-5-4及ms(bicor)-5-8的花粉败育过程进行了比较研究。结果表明：(1)4种不育系败育特点总趋势基本雷同,但也因特定核型亦存在一些差异;(2)二角型雄性不育系小孢子发生与其保持系相似,花粉败育就花药而言,中层有延迟退化、解体的趋势,就花粉粒而言,败育主要发生在二细胞花粉粒后期至三细胞花粉粒期;(3)4个不育系花粉败育异常,主要表现为二分体细胞内有微核出现,内缘壁周缘细胞均呈次生纤维状增生;维管束鞘细咆排列不规则,花粉大小不一;(4)花粉败育与营养供应无直接关系,细胞核对花粉育性及育性相关性状相对细胞质影响较小。     

与油菜细胞质雄性不育相关的DNA位点和育性恢复基因的研究进展

细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)在油菜杂交种子生产中具有重要的意义.文章主要从目前已发现的与油菜CMS相关的线粒体DNA位点,育性恢复基因对CMS相关DNA位点表达的影响,育性恢复基因的分子标记定位和育性恢复基因的克隆4个方面综述了近年来油菜CMS的研究进展.并就该领域今后的研究方向进行了探讨.