玉米不育系及其保持系线粒体atp6基因转录本编辑位点研究

以玉米同核异质细胞质雄性不育系T黄早四、C黄早四、S黄早四以及保持系N黄早四为材料, 比较研究了供试材料小孢子发育到单核期的线粒体atp6基因转录本保守区域的编辑位点。结果表明, DNA序列在T、C、S 3种胞质中完全一致, 与N胞质相比除在27、28核苷酸处不同外, 其余均一致, 而各胞质cDNA序列却不尽相同。DNA和cDNA序列比较显示: atp6基因转录本保守区域内, N、S胞质中均存在19个编辑位点, T胞质存在22个, C胞质存在20个, 它们相同的编辑位点有18个。大多数编辑位点都发生在密码子的第一、二位点上, 可改变氨基酸的种类。18个相同的编辑位点大都为完全编辑, 其中第1位点在各胞质中为部分编辑, 第19位点除在N胞质中为完全编辑外其余胞质都为部分编辑。而各胞质特有编辑位点均以部分编辑的形式出现。由此可见, 在玉米中atp6基因RNA编辑不仅具有序列特异性, 同时还受到胞质背景的影响。通过分析还可看出, 编辑的C残基前一个碱基多为嘧啶类碱基, 编码氨基酸Ser和Pro的密码子较其他类的密码子更易受到编辑, 且植物RNA的编辑有着改变蛋白质疏水性、增加物种间保守性的倾向。     

红莲型细胞质雄性不育水稻线粒体atp6基因转录本的编辑位点研究

以红莲(HL)型水稻细胞质雄性不育系A、保持系B及杂种一代F1为材料,首次比较研究了红莲型水稻线粒体atp6基因转录本的编辑位点及各位点的编辑频率.结果表明atp6基因的转录本有18个编辑位点,其中有15个发生在密码子的第一和第二位点上,这些位点的编辑最终会导致氨基酸种类的变化.18个编辑位点在A、B和F1中没有差异,但各位点的编辑频率在引入了核恢复基因的条件下发生了较大的变化,完全编辑的比例增加.这些结果首次证明HL型细胞质雄性不育与线粒体atp6转录本的编辑有一定相关性,编辑不充分的转录产物最终会干扰线粒体功能的正常发挥.     

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.     

红莲型细胞质雄性不育水稻线粒体atp6基因转录本的编辑位点研究

以红莲（HL）型水稻细胞质雄性不育系A、保持系B及杂种一代F₁为材料,首次比较研究了红莲型水稻线粒体atp6基因转录本的编辑位点及各位点的编辑频率.结果表明atp6基因的转录本有18个编辑位点,其中有15个发生在密码子的第一和第二位点上,这些位点的编辑最终会导致氨基酸种类的变化.18个编辑位点在A、B和F₁中没有差异,但各位点的编辑频率在引入了核恢复基因的条件下发生了较大的变化,完全编辑的比例增加.这些结果首次证明HL型细胞质雄性不育与线粒体atp6转录本的编辑有一定相关性,编辑不充分的转录产物最终会干扰线粒体功能的正常发挥.     

水稻红莲型不育系雄性配子发育过程中线粒体功能基因转录本的编辑位点研究

RNA编辑普遍存在于高等植物线粒体中,是线粒体产生功能蛋白所必不可少的过程。以红莲(HL)型水稻细胞质雄性不育系粤泰A、保持系粤泰B及杂种红莲优6四分体时期的花药、单核花粉和二核花粉为材料,研究了线粒体功能基因———atp6、coxⅡ及嵌合基因orfH79转录本的编辑位点。结果表明,atp6转录本的编辑能力明显受到恢复基因的影响。atp6转录本在不育系中不被编辑或部分编辑,而在引入了恢复基因的杂种一代中,其编辑能力均大幅提高。coxⅡ转录本在3个材料中编辑状态没有差别,而嵌合基因orfH79在各个材料中均不被编辑。由此推测,红莲型水稻细胞质雄性不育与atp6转录本编辑能力的基本丧失紧密相关。     

玉米T型细胞质雄性不育系与相应保持系线粒体蛋白质组中的差异蛋白

利用固相pH3—10梯度双向凝胶电泳．对玉米T型细胞质雄性不育系（T—CMS）及其相应保持系叶片（苗期、拔节期、孕穗期）,胚轴,胚根和花药（花粉母细胞减数分裂期、花粉粒小孢子单-双核期）线粒体蛋白质组中的差异蛋白进行分析。PDQuest2D图像软件分析表明,苗期和拔节期叶片约有150个蛋白质斑点,胚轴和胚根中可识别出150个线粒体蛋白质斑点,花药中约有100个斑点。利用MALDI—TOF—MS方法．运用MASCOT软件于NCBI进行数据查询．对T—CMS与相应保持系中存在的差异蛋白进行归属鉴定,在T—CMS中存在,保持系中缺失的线粒体蛋白质有：r40cl protein（胚轴中）,mature anther—specific protein,DNA—directed RNA polymerase 23kD subunit．hexokinaseⅡ和T—CMS中缺失而在保持系中存在的有：glutathione S—transferase．putative protein。其中T—CMS与相应保持系间．线粒体蛋白质组呈现出差异的组织有胚轴、胚根和小孢子单-双核期的花药。叶片的不同发育时期线粒体蛋白质组呈现明显变化．但T—CMS与保持系间没有差异。在小孢子单-双核期（花粉败育期）的花药中,T—CMS与保持系间线粒体蛋白质组出现明显差异,线粒体蛋白质组出现变异的时期与花粉败育时期相一致。     

玉米DEAD-box RNA解旋酶基因的克隆及分析

DEAD-box RNA解旋酶参与RNA转录、前体mRNA剪切、核糖体发生、核质运输、蛋白质翻译、RNA降解等重要的生命活动.根据本室在S-Mo17Rf3Rf3cDNA芯片研究中,检测到花粉发育后期RNA解旋酶上调表达的结果,应用RACE技术从S-Mo17Rf3Rf3花粉中克隆得到该RNA解旋酶基因全长cDNA,命名为ZmRH2并在GenBank注册登记 (DQ327709).序列分析表明：该cDNA全长1 652bp,从第163 bp开始到1 386bp含有一个开放阅读框,编码407个氨基酸.其编码的蛋白质具有DEAD-box RNA解旋酶特有的9个保守模体,与水稻、拟南芥和豌豆中的DEAD-box RNA解旋酶的氨基酸序列存在着很高的同源性.RT-PCR分析表明,该基因在近等基因系S-Mo17Rf3Rf3和S-Mo17rf3rf3的叶、根、和雌穗中的表达没有差异,但在花丝和花粉中有明显差异.     

Identification and expression of the kosena radish (Raphanus sativus cv. Kosena) homologue of the ogura radish CMS-associated gene,orf138

A CMS-associated gene, orf125, present in the Japanese radish cultivar Kosena, has a sequence homologous to that of the ogura CMS-associated gene, orf138, except for two amino acid substitutions and a 39 bp deletion in the orf138 coding region. In Kosena radish, orf125 is linked with orfB, whereas the orf125 locus differs in a Brassica napus CMS cybrid derived from protoplast fusion between Kosena radish and B. napus. A novel mtDNA sequence is present in the 3-flanking region of orf125 in the B. napus kosena CMS cybrid. The orf125 is expressed both in the radish and the B. napus kosena CMS cybrid. Its accumulation is strongly associated with the CMS phenotype in B. napus. Fertility restoration was accompanied by a decrease in the amount of ORF125 in B. napus.     

玉米CMS分子生物学研究进展

本文对玉米CMS研究已获得的、并为普遍接受的分子生物学研究结果进行了粗略总结;对近年来在玉米细胞质雄性不育育性相关核基因的分子标记定位、克隆及辅助选择,育性相关胞质基因的克隆与表达方面的研究进展进行了简要概述;我们认为在今后一段时期,玉米CMS研究将着重围绕核不育基因的克隆及表达模式、线粒体功能基因组、育性相关胞质基因与核育性基因相互作用等方向进行研究,以期阐述玉米CMS的形成机理。 Progress of Molecular Biology of CMS in Maize ZHANG Zu-xin,ZHANG Fang-dong,ZHENG Yong-lian National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China Abstract:In the paper,we have summarized the molecular biological accomplishment acquired and accepted by most of maize researchers on CMS of maize.A brief review of current molecular biological progress of CMS of maize are displayed in the paper.These progresses concern in the positioning,cloning and maker-assisted selection of nucleic genes associated with fertility,expression and cloning of cytoplasmic genes associated with male sterility,In order to elucidate the molecular mechanism of CMS of maize,the areas about cloning and expression profiling of male sterile nucleic genes,and functional genomics of mitochondria,and interaction cytoplasmic genes with nucleic genes will need to be researched in the future. Key words：maize(Zea mays L.);CMS;mtDNA;gene associated with fertility     

Mitochondrial ORF79 levels determine pollen abortion in cytoplasmic male sterile rice

Cytoplasmic male sterility (CMS) is an important agricultural trait characterized by lack of functional pollen, and caused by ectopic and defective mitochondrial gene expression. The pollen function in CMS plants is restored by the presence of nuclear‐encoded restorer of fertility (Rf) genes. Previously, we cloned Rf2, which restores the fertility of Lead Rice (LD)‐type CMS rice. However, neither the function of Rf2 nor the identity of the mitochondrial gene causing CMS has been determined in LD–CMS rice. Here, we show that the mitochondrial gene orf79 acts as a CMS‐associated gene in LD–CMS rice, similar to its role in BT–CMS rice originating from Chinsurah Boro II, and Rf2 weakly restores fertility in BT–CMS rice. We also show that RF2 promotes degradation of atp6–orf79 RNA in a different manner from that of RF1, which is the Rf gene product in BT–CMS rice. The amount of ORF79 protein in LD–CMS rice was one‐twentieth of the amount in BT–CMS rice. The difference in ORF79 protein levels probably accounts for the mild and severe pollen defects in LD–CMS and BT–CMS rice, respectively. In the presence of Rf2, accumulation of ORF79 was reduced to almost zero and 25% in LD–CMS and BT–CMS rice, respectively, which probably accounts for the complete and weak fertility restoration abilities of Rf2 in LD–CMS and BT–CMS rice, respectively. These observations indicate that the amount of ORF79 influences the pollen fertility in two strains of rice in which CMS is induced by orf79.     

10个线粒体基因在甘蓝型油菜NCa不育系统不同组织中的转录调控及其与育性的关系

用10个线粒体基因为探针,对NCα不育系、保持系和可育F1的苗期叶片、幼蕾及未成熟种子的线粒体RNA进行了Northern分析。结果表明,这10个线粒体基因除atp6外,其余9个基因在同一材料的不同组织中没有表达差异,都属于组成型表达的线粒体基因。其中,off139、orf222、atp1、cox1、cox2、cob、rm5S、rm26S等8个线粒体基因在不育系、保持系和可育F1的苗期叶片、幼蕾及未成熟种子中有着相同的表达,属于表达不受核基因型影响,没有组织特异性的类型：atp9基因分别在同一材料的不同组织中的转录也基本没有变化,但是在3个不同的材料间具有表达差异：可能属于表达受核基因型影响、没有组织特异性的线粒体基因。atp6基因也在3个材料的叶、蕾和种子中都产生相同大小的转录本,但是在各个材料的不同组织中存在着信号强度的差异,可能是属于表达既受核基因型影响、又有组织特异性的线粒体基因。Orf222和off139分别在不育系和可育F1幼蕾中产生相同大小和丰度的转录本,但是在保持系幼蕾中没有检测到转录本;orf222检测到的3条转录本分别为1．1kb、0．9kb、0．6kb,而off139检测到0．8kb和0．6kb两条带。atp9探针在不育系和保持系幼蕾中都检测到1条0．6kb的转录本,而在可育F1幼蕾中检测到0．6kb和1．2kb的转录本。讨论了orf222、off139、atp9基因的表达与NCα细胞质雄性不育的可能关系。