用DDRT-PCR技术对太谷核不育小麦基因差别表达的研究

采用DDRT—PCR技术对太谷核不育小麦的一对近等基因系进行了差别表达分析,以找出与太谷核不育基因Tα1表达有关的基因并研究其引起雄性不育的机制。共用30对随机引物进行差异显示,从展示的近1000条cDNA片段中找出30条特异表达的cDNA片段,其中包括可育特异和不育特异,这些片段可能与Tα1基因的表达有关。     

小麦中雄性不育同源序列的分离、鉴定及表达分析

利用拟南芥中已克隆的雄性核不育基因MS2和水稻中假定雄性不育蛋白的保守区域,设计一对简并引物,并在太谷核不育小麦可育株及不育株花药中进行扩增,得到了一条134bp的片段。以该片段为基础,通过电子延伸得到一个长为1604bp的序列,该序列编码的氨基酸包含一段由200个氨基酸组成的雄性不育保守区。RT-PCR结果表明,该雄性不育同源序列只在小麦可育花药中表达,而在小麦败育花药、叶片和根中不表达,说明该雄性不育同源序列为花药发育特异基因。     

棉花洞A雄性不育系花药发育的mRNA差别显示

应用cDNA-AFLP(Amplified fragment length polymorphism）技术,分析了棉花洞A雄性不育和可育材料在花药发育过程中花粉发育相关基因表达的差异。结果表明：在花药发育的相同时期,不育和可育花粉cDNA-AFLP的谱带在单核期的差异大于减数分裂期。在花粉发育过程中,花粉发育相关基因的表达具有时空特异性。共回收了64条差异cDNA片段,随机选择3个片段标记为探针,RNA斑点杂交分析表明,GHA27具有花器官组织特异性,仅在花器官中表达;GHA28、GHA47则具有花药组织特异性且仅在可育花药中表达。序列相关性比较表明：GHA27与植物ADP-ribosylation factor(ARF）基因有较高的相似性,而GHA28、GHA47与已知序列的相似性很低。     

红麻细胞质雄性不育系与保持系花药活性氧代谢差异比较

以红麻细胞质雄性不育系L23A及其保持系L23B为材料,比较其花药淀粉及可溶性糖含量变化并分析呼吸速率、活性氧产生速率、丙二醛(MDA)含量以及活性氧清除酶(POD、SOD)含量变化,来探讨活性氧伤害与红麻雄性不育的关系。结果表明:在小孢子发育的单核期,不育系呼吸速率与保持系差异不明显,但不育系花药O^-₂·含量高于保持系; 在双核期,不育系的呼吸速率明显低于其保持系,但不育系花药O^-₂·含量与保持系花药相近; 不育系在单核期和双核期的呼吸速率几乎没有变化,而保持系同一时期的呼吸速率呈明显增高趋势; 在不育系败育过程中,药隔维管组织中的大颗粒淀粉含量几乎不变,且不育系花药中的可溶性糖含量在单核期和双核期均低于保持系。推测是由于不育系花药中抗氰呼吸降低,一方面导致花药物质代谢和能量代谢的紊乱,不育系花药不能利用药隔组织中的淀粉粒,另一方面不能有效将细胞内过多电子通过抗氰呼吸传至O₂,引致不育花药中O^-₂·升高,从而导致MDA含量在单核期和双核期均高于保持系,同时POD的活性在单核期及双核期均低于保持系,而SOD活性在单核期高于保持系,在双核期则低于保持系。不育系花药在发育中,花药O^-₂·和MDA过量积累,以及SOD和POD酶活性降低,导致活性氧产生与清除失去平衡,花粉败育。     

枸杞胼胝质酶基因克隆及在雄性不育材料中的表达分析

以雄性不育枸杞‘宁杞5号’和正常可育枸杞‘宁杞1号’为材料,提取不同发育时期枸杞花蕾RNA,反转录合成cDNA,利用胼胝质酶的β-1,3-葡聚糖酶属性进行同源克隆和半定量RT-PCR分析.结果表明:(1)所克隆的胼胝质酶基因(LG1)属于植物糖基水解酶第17家族基因,编码344个氨基酸,有5个氨基酸保守区在4种植物的花药β-1,3-葡聚糖酶基因中都存在.(2)LG1在正常可育枸杞花药中高量表达,在雄性不育枸杞花药中表达沉默,但基因序列并没有发生突变.(3)经苯胺蓝染色观察,雄性不育枸杞花药四分体分解受阻与LG1基因表达沉默同步.研究结果提示,LG1基因是受不育基因调控的下游基因,参与了枸杞花粉的败育过程,LG1基因沉默是雄性不育枸杞花粉败育的一个重要原因.     

陆地棉双隐性核雄性不育系ms5ms6花药的超微结构观察

陆地棉双隐性核雄性不育系ms₅ms₆已有较大的应用规模,但雄蕊败育的结构基础尚不明确。以核雄性不育系ms₅ms₆为材料,利用透射电镜对四分体时期和刚长出小刺突的小孢子时期的花药进行超微结构观察。发现在小孢子时期,败育花药小孢子只有外壁内层,可育小孢子此时已具有外壁外层和外壁内层了。在整个不育花药的发育过程中,不管是在小孢子还是绒毡层细胞中,内质网都异常,脂肪的积累少,这可能是导致小孢子败育最重要的原因。     

顺乌头酸酶基因在杀雄剂SQ-1诱导小麦雄性不育花药中的表达分析

采用RT-PCR技术,克隆了小麦胞质顺乌头酸酶基因(cACO)部分cDNA序列.该cDNA序列长1368bp,编码456个氨基酸,GenBank登录号为GU475062.半定量RT-PCR结果表明,在生理型不育和可育花药发育的单核早期至三核期,cACO基因的表达水平均表现为先升后降;在生理型不育花药发育的单核晚期cACO基因表达水平与同期可育花药相比显著升高,到二核期和三核期明显降低,ACO酶活性变化表现出相同趋势.这反映出在小麦生理型不育系中,cACO基因在花药败育关键期异常表达可能影响了花药发育过程中正常的能量供应和物质代谢,导致花粉发育能量不足和所需物质匮乏,从而导致了非遗传型花药败育现象.     

棉花洞A型核雄性不育系花药败育过程中的生化变化

研究了陆地棉洞A型核雄性不育系(抗A1,MA)不育和可育花药不同发育时期可溶性碳水化合物、游离氨基酸和IAA、GA3、ABA含量的动态变化。结果表明,不育花药中可溶性糖含量偏高,缺乏淀粉积累;有4种游离氨基酸含量在可育与不育花药问存在显著差异,其中不育花药天门冬氨酸含量偏高,这可能是其败育的原因之一,而脯氨酸、精氨酸、苯丙氨酸含量异常,则是不育花药败育的结果;在花药主要败育时期之前,不育花药中ABA含量极显著偏高,IAA、GA3含量极显著偏低。不育花药中IAA、GA3、ABA含量变化与洞A型核雄性不育系花药败育密切相关。     

大白菜胞质雄性不育系RC7及其保持系的细胞学和蕾期基因表达差异分析

以大白菜雄性不育材料RC7及其保持系B7为材料,通过对两材料花药发育过程进行细胞学观察,并利用cDNA-AFLP技术分析两材料花蕾的基因表达差异,以明确RC7发生雄性败育的时期和方式,为大白菜CMS的分子机理研究提供依据。结果显示:(1)细胞学观察发现,大白菜雄性不育材料RC7及其保持系B7的小孢子母细胞减数分裂属同时型,小孢子在四分体中的排列属四面体型,保持系B7花药的绒毡层属于腺质型;不育材料RC7在四分体时期绒毡层细胞内出现大的液泡,呈现败育征兆,单核期绒毡层解体,中层退化,小孢子核开始解体、败育,属于单核花粉败育型。(2)对两材料蕾期基因的cDNA-AFLP差显比较分析表明,共获得了23条阳性差异片段,其中在不育系RC7花蕾中特异表达的有8条,在保持系B7花蕾中特异表达有10条,两系中共有条带5条。(3)对不育系中特异表达的8条谱带进行Blast搜索发现,H1与拟南芥光合反应蛋白基因有较高的一致性,H26与拟南芥钙调磷酸酶类磷酸酯酶家族蛋白质的部分序列存在90%的一致性,属于细胞信号转导基因;对来自保持系的10条谱带的差异片段功能以及一致性进行比对分类发现,它们包括糖代谢基因、蛋白质的合成与运输基因、乙烯诱导基因、电子传递和能量途径基因、未知或假定蛋白等。研究表明,大白菜雄性不育材料RC7可能是由于绒毡层细胞液泡化和径向肥大,小孢子受挤压后破裂降解,不能形成正常的成熟花粉粒而败育;乙烯诱导基因(H29)在保持系中特异表达,在不育系中沉默,表明不育系中缺乏乙烯相关基因。     

枸杞LbMYB103基因克隆及转化拟南芥的研究

以枸杞品种‘宁杞1号’花药为材料,采用 RT-PCR技术,分离了R2R3类MYB基因LbMYB103包含完整开放阅读框（ORF）的cDNA片段,碱基序列与已知基因HQ415755完全一致。运用Gateway技术构建LbMYB103基因植物过表达载体pMDC83-LbMYB103,利用基因枪法将融合有绿色荧光蛋白（GFP）的过表达载体转入洋葱表皮细胞,将LbMYB103基因定位在细胞核。实时荧光定量PCR分析发现,LbMYB103基因在花药中优势表达,果实中表达量较低,在根、茎和叶中均未检测到其转录本,推测LbMYB103基因可能在花药发育过程中起重要作用。通过根癌农杆菌介导法将pMDC83-LbMYB103转入拟南芥（Col-0）,经筛选获得T₁代抗性再生植株52棵,PCR鉴定有41棵阳性植株,收获T₁代种子,经抗性筛选获得T₂代抗性植株29棵,PCR鉴定有23棵阳性植株。实时荧光定量PCR分析表明,LbMYB103在拟南芥植株的基因组中正常表达。表型观察发现T₁和T₂代拟南芥花药发育异常,花发育迟缓,果荚短小无种子,进一步表明LbMYB103可能与植物的育性有关。该结果为进一步开展枸杞遗传转化,深入研究LbMYB103基因在枸杞花药发育过程中可能发挥的调控功能奠定了基础。     

玉米花药发育的细胞生物学与分子遗传学的研究方法

雄性不育技术在玉米杂种优势利用和杂交种生产中发挥着重要作用,玉米花药发育和雄性不育的细胞生物学与分子遗传学研究是雄性不育技术利用的前提和基础。玉米花药发育是一个复杂的生物学过程,需要孢子体基因与配子体基因的协同表达调控。从玉米花药的形态结构、花药发育时期的划分、花药败育类型、花药发育的细胞学研究方法、花药发育的组学研究方法、花药发育分子遗传学研究方法等方面进行综述,以期为玉米核不育机制研究与雄性不育技术产业化应用提供方法学指导。     

茄子雄性不育系花粉败育的细胞学观察

以种间杂交创建的茄子雄性不育系为试材,采用形态学和细胞学观察对其花药形态、败育发生时期和机理进行了研究。结果表明：根据花药形态茄子雄性不育系材料可被划分为退化型、瓣化型和中间型3种类型;前期Ⅰ是3类不育系雄性败育发生的关键时期,绒毡层结构与功能异常可能是导致3类材料雄性败育的共性原因,减数分裂异常为败育的中间过程。花药瓣化类型不育材料在败育时期上表现出多样性,多糖类营养物质转运受阻也可能是其发生雄性败育的原因之一。     

两个育性相关基因在BNS和YS小麦温敏雄性不育系中的表达差异分析

为研究雄性不育相关基因TA1和TA2在BNS和YS小麦温敏雄性不育系732A花粉发育时期的表达特点,探讨这2个育性相关基因与温敏雄性不育小麦育性转换的联系,本研究利用荧光实时定量PCR方法,在BNS和YS型不育系732A花药发育四分体期、单核期、二核期和三核期定量检测基因TA1和TA2的mRNA表达水平。结果表明:(1)在732A和BNS花粉发育四分体时期至二核期,基因TA1相对表达量上调,在三核期相对表达量下降;(2)基因TA2相对表达量在BNS花粉发育的四分体时期至二核期逐渐下降,三核期上升;在732A花粉发育4个时期中的相对表达量变化刚好相反;(3)在BNS和732A花粉发育二核期,基因TA1和TA2均表现极值,推测二核期可能为BNS和YS型小麦温敏雄性不育系花粉发育最敏感时期;(4)在不育系BNS和732A花粉发育过程中,基因TA1的相对表达量变化幅度比TA2的高。推测TA1对不育系BNS和732A花粉败育影响程度强于TA2;(5)基因TA1和TA2相对表达量在BNS的花粉发育时期表达趋势相反,推测其对BNS花粉败育影响表现为拮抗作用,且2个基因不连锁;在732A花粉发育时期表达趋势相同,推测其对不育系732A花粉败育影响表现为协同作用。     

水稻不育花药中H_2O_2的积累与膜脂过氧化的加剧

水稻7017、二九矮细胞质雄性不育系及其保持系花药的POD,CAT和SOD活性研究的结果表明,单核早期时不育及可育花药的酶活性差异不明显,单核晚期、二核及三核期的不育花药显著低于可育花药。在不育花药中缺少两条Cu-Zn SOD同工酶带,而且O_2~ 产生效率为可育的4.1～5.5倍,并有H_2O_2和MDA的积累。不育花药中H_2O_2的积累和膜脂过氧化的加剧可能与花粉败育有关。     

小麦D~2型细胞质雄性不育系雄配子发育的细胞形态学特征和同工酶的研究

研究了小麦Ｄ~２型ＣＭＳ系ｍｓＤ~２－ＣＡ８０５７与保持系ＣＡ８０５７花粉发育的细胞形态学特征及花粉粒“单核－双核期”、“三核期”的花药、雌蕊、旗叶和授粉２０天左右的灌浆期种子胚乳的过氧化物酶同工酶、酯酶同工酶,主要研究结果揭示：Ｄ~２型不育系花粉败育起始于“单核－双核期”,表现为败育期长和败育方式多样化;“三核期”花药的同工酶有明显差异,主要表现为不育系酯酶比保持系少３条酶带且酶的总活性比保持系的弱、过氧化物酶的总活性比保持系弱很多且少３条酶带。上述差异可能是Ｄ~２型细胞质不育基因对核基因的调控表达所致,而这种调控作用可能是导致雄性不育形成的原因之一;这些特征也表明Ｄ~２型不同于Ｔ型也不同于Ｋ型,是个新的不育类型。     

大白菜新型细胞质雄性不育系6w-9605A的育性鉴定和花药败育的细胞学观察

采用石蜡切片技术,研究了大白菜(Brassica campestris L.ssp.pekinensis)细胞质雄性不育系6w-9605A及其保持系6w-9605B的花药发育过程的细胞形态学特征,确定不育系花药败育时期及方式,并对不育系6w-9605A进行花器官观察和育性鉴定.结果表明:保持系6w-9605B花药发育正常;不育系6w-9605A花药发育受阻于孢原分化时期,占总败育花药的66.7％,不形成花粉囊和花粉粒,属于无花粉囊型败育;另外33.3％的败育花药可形成花粉囊,小孢子均受阻于单核靠边期或者二胞期,败育特点为绒毡层细胞异常肥大,挤压小孢子,导致小孢子和绒毡层解体;6w-9605A的不育性稳定、彻底,不育株率和不育度均为100％.     

白菜细胞核雄性不育花药的细胞化学观察

对一种由一对隐性基因控制的白菜细胞核雄性不育和可育株的花药进行了细胞学和组织化学研究。种子播种后,有1/4植株为不育株,其余的为可育株。通过对不育株和可育株花药发育的细胞学观察,确认不育花粉的败育发生在小孢子发育时期。用组织化学的方法研究了可育株和不育株花药发育过程中的多糖和脂类的分布动态,发现在减数分裂前,可育花药和不育花药的药隔细胞中都储藏了大量的淀粉粒。二者的差异仅是不育花药的绒毡层细胞液泡化明显。在减数分裂后的小孢子发育时期,可育花药的绒毡层细胞具有将药隔细胞中的淀粉粒多糖吸收并转化成脂类的功能,小孢子及以后的二胞花粉中也积累了大量的脂类储藏物质在不育花药中,虽然减数分裂后药隔细胞中的淀粉粒也都消失,但绒毡层细胞中的脂类物质相比很少,同时绒毡层细胞显示了明显的多糖反应,表明不育花药的绒毡层细胞将糖类转化为脂类的功能受阻。在小孢子的表面有些脂类物质,但在细胞质中却没有脂类积累。这一结果暗示在该种白菜细胞核雄性不育株中,由于花药绒毡层细胞转换多糖为脂类的功能失常,导致了小孢子的败育。     

白菜核雄性不育花药超微结构的研究

对白菜核雄性不育两用系的可育与不育花药进行了超微结构的比较观察。结果显示不育花药的造孢细胞核仁靠边分布;包裹小孢子母细胞的胼胝质厚薄不均匀,不完整等早期异常现象。减数分裂后．四分体细胞中常有多个细胞核。从四分体释放出的小孢子外壁的孢粉素物质不均匀沉积,呈不连续的单层异常结构。最后小孢子通过细胞质收缩方式败育。在可育花药中．绒毡层细胞在小孢子发育后期已显示出退化迹象,同时在细胞中开始积累脂类物质。但在同时期的不育花药中．绒毡层细胞没有显示出退化的迹象,也不合成脂类物质。从时间上看,败育花药中小孢子母细胞及小孢子的异常在先,绒毡层细胞的异常在后。本研究揭示了白菜核雄性不育花药的超微结构特征．对我们以前的光学显微镜观察结果予以补充和修正。     

大豆雄性不育系与其保持系不同器官蛋白质比较

采用双向凝胶电泳技术对大豆质核互作雄性不育系NJCMS2A及其保持系NJCMS2B的种子、叶片和花药等不同器官蛋白质进行比较分析.结果显示,不育系NJCMS2A与其保持系NJCMS2B的花药2-DE图谱间存在较多差异表达蛋白点,种子2-DE图谱间仅有少量差异表达蛋白点,而叶片2-DE图谱间基本没有差异表达蛋白点.结果表明,不育基因表达具有时空性和器官特异性,与育性有关的蛋白主要在花药中表达.     

S351┐1西瓜雄性不育的细胞学研究

西瓜Ｓ３５１－１雄性不育材料的细胞学观察表明：与对照的同系可育株相比,败育发生在次级造孢细胞到小孢子母细胞或小孢子四分体阶段,多数不育雄花花药中绒毡层始终未分化,药壁常由７－８层细胞组成,少数不育花药中出现绒毡层徒长现象;次级造孢细胞败育不同步,出现多核及多核仁现象,败育后期,药壁细胞逐渐解体,药室瓦解,花粉囊收缩变形。由此可见：其雄性不育与绒毡层的发育异常有直接联系。