光(温)敏雄性不育的调控机理和分子遗传学研究进展

光(温)敏雄性不育的研究无论对于作物杂种优势利用还是揭示植物发育过程中形态建成的光温调控机理均具有重要的意义。从调控机理和分子遗传学角度对光(温)敏雄性不育的研究现状进行了综述,并结合我们的相关研究,对目前光(温)敏雄性不育研究中存在的问题和发展前景进行了分析和讨论。     

植物学通报2005年 第22卷 总目次

植物小G蛋白功能的研究进展..................................................王昕种康(1)植物W R K Y转录因子家族研究进展.............................高国庆储成才刘小强李杨瑞(11)光(温)敏雄性不育的调控机理和分子遗传学研究进展......................曹双河张相岐张爱民(19)不同培养条件对拟南芥根细胞膜片钳记录的影响..........................张国增安国勇宋纯鹏(27)中国马鞭草属的新记录——长苞马鞭草..................................王青李艳陈辰(32)鹅掌楸属种间杂种与亲本花粉壁的超微结构的比较观察............…     

水稻光(温)敏核不育系与核质互作不育系的遗传关系剖析

1991─1992年,分析了7个光(温)敏核不育系与15 个核质互作不育系杂交F1及部分F2植株在长日照和短日照条件下的育性表现,结果清楚地表明,有些光敏核不育系能够保持核质互作不育系的雄性不育性,有些光(温)敏核不育系则能够恢复或部分恢复; 有些光敏核不育系对某一核质互作不育系具有保持能力,对另一核质互作不育系则具有恢复能力; 并初步推测光(温)敏核不育基因与核质互作不育基因是独立发生的,当核质互作不育系中细胞质和细胞核的隐性不育基因一起作用时,能够掩盖光(温)敏不育基因及其育性恢复基因的表达。     

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.     

用稳态荧光探针研究竹红菌乙素光敏损伤对人红细胞膜流动性的影响

本文以红细胞膜为材料,用了三种稳态荧光探针研究了HB光敏作用引起人红细胞膜流动性的改变.实验结果表明在HB光敏作用下,膜的旋转扩散速度和侧向扩散速度均发生明显变化,ANS和DPH探针测得HB引起膜流动性降低,也就是膜粘度增加,用芘探针结果则表明膜的侧向扩散变慢.本文还对HB光敏作用的机理进行了探讨,我们观察了数种单重态氧猝灭剂,羟自山基猝灭剂和抗氧化剂对于光敏作用的影响,分别测定了膜流动性和膜的内源荧光的变化,发现在HB光敏作用中,除了~1O_2的作用之外,还存在其它自由基的作用.在HB与HA光敏能力的比较中发现,在比较高一些浓度条件下,存在着HB大于HA的趋向.     

MADS-box基因控制植物成花的分子机理

植物花器官的发育和开花是植物生殖发育中最重要的过程,植物在长期的进化过程中产生了春化(低温)途径、自主途径、光周期途径以及不依赖于光温环境条件的赤霉素信号途径来适应多变的环境和调控植物开花过程。本文综述了模式植物拟南芥中由LEAFY(LFY)、CONSTANS(CO)、FLOWERING LOCUSC(FLC)、FLOW ERING LOCUS T(FT)和SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1(SOC1)等基因构成的双子叶植物响应光温条件变化的开花调控网络;以及大麦、小麦中由VERNALIZATION1(VRN1)、VRN2、ODD-SOC2(OS2)和拟南芥CO、FT同源基因构成的禾本科植物开花调控网络。其中最重要的是转录调控因子MADS-box基因FLC、SOC1、VRN1和OS2,并发现组蛋白的乙酰化/脱乙酰化,赖氨酸的甲基化/脱甲基化在调控FLC、VRN1染色质活性状态及基因表达,从而产生开花控制的机理。这些研究发现将有助于对具有重要经济价值的单双子叶植物,通过生物技术手段改良其品种特性以应对非生物逆境,特别是低温胁迫的指导。     

用稳态荧光探针研究竹红菌乙素光敏损伤对人红细胞膜流动性的影响

本文以红细胞膜为材料,用了三种稳态荧光探针研究了HB光敏作用引起人红细胞膜流动性的改变.实验结果表明在HB光敏作用下,膜的旋转扩散速度和侧向扩散速度均发生明显变化,ANS和DPH探针测得HB引起膜流动性降低,也就是膜粘度增加,用芘探针结果则表明膜的侧向扩散变慢.本文还对HB光敏作用的机理进行了探讨,我们观察了数种单重态氧猝灭剂,羟自山基猝灭剂和抗氧化剂对于光敏作用的影响,分别测定了膜流动性和膜的内源荧光的变化,发现在HB光敏作用中,除了~1O_2的作用之外,还存在其它自由基的作用.在HB与HA光敏能力的比较中发现,在比较高一些浓度条件下,存在着HB大于HA的趋向.     

用微卫星DNA标记检测中国主要杂交水稻亲本的遗传差异

选用分布于水稻(OryzasativaL.)12条染色体上的20对SSR(Simplesequencerepeats)引物,分析了具有多种质源和较大应用面积的24个水稻胞质雄性不育系、1个光(温)敏核不育系、3个保持系和5个生产中应用较广的恢复系。在以上33份杂交水稻亲本材料间共检测出102个等位基因(alleles),平均每对SSR引物可检测到5.1个等位基因。PIC(polymorphicindexcontent)值的变动范围为0.274～0.773,平均PIC值为0.554。从56对SSR引物中筛选出5对引物,能够有效地区分所有供试的水稻雄性不育系和恢复系。杂交水稻亲本的聚类分析表明:(1)我国水稻雄性不育系遗传变异丰富,但生产中主要应用的水稻雄性不育系遗传背景比较单一。(2)生产中应用面积较大的水稻雄性不育系遗传变异较恢复系差。(3)生产中主要应用的水稻雄性不育系与恢复系分别聚类于不同的类群,且遗传关系较远。     

细胞功能的光动力调控

光动力作用所产生的单线态氧分子因其有限的寿命(1μs)和有效反应距离(10 nm),可亚细胞特异性调控细胞的不同生理活动。如质膜定位的光动力作用可导致胆囊收缩素(cholecystokinin,CCK)1型受体的永久性激活,及其它G蛋白耦联受体的增敏或脱敏。近年来涌现出来的基因编码的蛋白质光敏剂,使得光动力作用的亚细胞定位变得更加精细可控,因而可实现亚细胞部位及功能蛋白的靶向光动力调控。蛋白质光敏剂毒杀红(KillerRed)、迷你单(miniSOG)、单蛋敏(singlet oxygen protein photosensitiser,SOPP)等的亚细胞定位表达,可光动力调控细胞局部生理过程,通过对特定蛋白的光氧化活性改变,阐明该蛋白在细胞生理过程中的作用。选择性光照技术,可实现同步多点局部光照。多点局部光动力作用调控,可阐明细胞局部对整体细胞,及个体细胞对细胞团块的影响。蛋白质光敏剂的光动力作用,正逐渐成为细胞生理学研究的重要纳米调控工具。     

小麦光温敏雄性不育系BNS育性转换与内源激素的关系研究

BNS是一种光温敏型小麦不育新类型,具有不育彻底、育性转换稳定等特性,对小麦杂种优势研究有重要价值。为研究内源激素在BNS育性调控中的作用,以秋播与春播BNS花粉发育的四分体期至三核期4个关键时期幼穗为实验材料,采用间接酶联免疫(ELISA)法分别测定了BNS不育和可育幼穗中生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)和玉米素核苷(ZR)4种内源激素的含量变化。结果显示:(1)BNS在陕西关中地区正常秋播雄性不育、早春播雄性育性正常。(2)单核期和三核期是BNS温度敏感期,单核期均温高于15.35℃、三核期均温高于18.64℃时,BNS育性发生转换,雄性不育度随温度升高逐渐降低。(3)BNS在敏感期响应外界温度,4种内源激素的含量发生显著变化,调控育性表达;单核期不育幼穗中IAA、GA3和ZR含量比可育幼穗低21.9%、33.6%和30.2%,ABA含量反而增加23.4%;三核期不育幼穗ABA和ZR含量分别比可育幼穗高59.7%和31.4%,GA3则低44.0%。(4)与雄性可育幼穗相比,BNS雄性不育幼穗在单核期的IAA/GA3、ABA/GA3值偏高;二核期IAA/ABA值较低;三核期的IAA/GA3、ABA/GA3值较高,IAA/ABA值偏低。3个时期的IAA、ABA和GA3比例失调,阻碍了小孢子正常发育,导致BNS雄性败育。研究认为:BNS在花粉发育的单核期和三核期对外界温度变化敏感,通过内源激素代谢调控自身育性转换。     

植物与病原真菌互作的形态变化及其生理、生化机制和基因调控

本文从生理、生化、酶学及基因调控等方面对植物与病原真菌互作过程中的形态变化进行了综述,以期为植物抗病方面的研究提供参考     

NAC转录因子在植物抗病和抗非生物胁迫反应中的作用

NAC转录因子是植物特有的一类转录因子,其共同特点是在N端含有一段高度保守、由约150个氨基酸组成的NAC结构域,而C端为高度变异的转录调控区。研究表明,NAC转录因子不仅参与植物生长发育的调控,而且在植物抗逆反应中具有重要的调控作用。文章着重介绍NAC转录因子在植物抗逆反应中的作用及其调控机制,并简要讨论NAC转录因子生物学功能的研究方向。     

综述: 组蛋白去乙酰化酶的结构及应用

组蛋白赖氨酸乙酰化是目前研究最为广泛和深入的组蛋白翻译后修饰之一,在染色质重塑和基因表达调控等方面发挥重要作用,这种修饰在体内受到组蛋白乙酰化酶和去乙酰化酶的高度动态调控．除了以组蛋白为底物外,组蛋白去乙酰化酶还可以催化多种非组蛋白的去乙酰化,参与多种生命过程的调节．本文围绕四类人源组蛋白去乙酰化酶,综述了其分类依据、结构与功能特点、催化反应的分子机制,以及针对这些组蛋白去乙酰化酶的抑制剂和激动剂的开发和应用等方面的研究进展．     

酵母和植物中铜的转运系统及其调控

铜是生物正常生命活动所必需的微量矿质元素。酵母和植物中有复杂的机制来调节铜的摄取、分布、螯合以及输出。本文集中讨论了酵母和植物中铜离子的转运体、铜的金属伴侣及其基因转录水平的调控。     

酵母和植物中铜的转运系统及其调控

铜是生物正常生命活动所必需的微量矿质元素。酵母和植物中有复杂的机制来调节铜的摄取、分布、螯合以及输出。本文集中讨论了酵母和植物中铜离子的转运体、铜的金属伴侣及其基因转录水平的调控。     

Defense Response to Pathogens Through Epigenetic Regulation in Rice

Epigenetic factors have recently emerged as key regulators of the defense response to pathogens in plants. The epigenetic mechanisms underlying defense regulation have been investigated mostly in Arabidopsis, while our understanding of the epigenetic regulation of defense in rice is limited. In this review, we summarize recent findings surrounding epigenetic mechanisms for defense in rice, primarily focusing on DNA methylation, histone modification, and small RNA regulation. In particular, we focused on RNA-directed DNA methylation (RdDM) and other epigenetic regulatory mechanisms that are involved in disease resistance. Finally, we explored potential epigenetic factors that might regulate the defense response in rice by analyzing available microarray data that can be used to uncover details of epigenetics regulation.