小麦质核互作型雄性不育系及其保持系花药差异蛋白质组学分析

为了能从蛋白质水平揭示小麦细胞质雄性不育的分子遗传机制,采用IEF/SDS-PAGE双向凝胶电泳技术,对小麦质核互作型雄性不育系(S)-1376A及其保持系(A)-1376B在花药发育的单核期、二核期蛋白质进行了差异蛋白质组学研究,经考马斯亮蓝染色,得到了重复性较好的双向电泳图谱．PDQuest 软件在分子质量9.0～100.0 ku、等电点4～7 线性范围内,可识别约610个蛋白质点,对28个差异表达的蛋白质点采用基质辅助激光解吸分离飞行时间质谱进行肽指纹图谱分析,并利用Mascot 软件在NCBInr数据库搜索,鉴定出12个差异表达蛋白,其中5个差异表达蛋白可能与雄性不育有关,分别是泛素结合酶E2、甘氨酸富集蛋白、抗坏血酸过氧化物酶、假定半胱氨酸蛋白酶抑制剂及1, 5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶小链克隆512,它们参与了物质能量代谢、细胞程序化死亡及花发育调控等过程,推测不育系(S)-1376A 雄性不育性可能与这些生理生化代谢有关．研究结果为揭示雄性不育机理提供了理论依据．     

杀雄剂SQ-1诱导小麦生理型雄性不育小花完整叶绿体差异蛋白质的鉴定

为了在蛋白质水平揭示小麦雄性不育的分子遗传机制,以小麦经杀雄剂SQ-1诱导的生理型雄性不育系,以及对应正常可育系所构建的等生理差异系为试材,应用差速离心和蔗糖密度梯度离心,首先分离出供试材料小花的完整叶绿体,制备蛋白样品后采用固相IEF/SDS-PAGE双向凝胶电泳技术对完整叶绿体蛋白质进行了分离、银染,得到了重复性较好的双向电泳图谱.PDQuest2DE软件分析识别出约150个较为清晰的蛋白质点,采用MALDI-TOF鉴定出的6个差异表达蛋白质分别是:PAP-fibrillin、ATRABB1A、底物同源结构域蛋白/RhoGAP结构域蛋白、铜锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)、R2R3-MYB转录因子及1个假定蛋白质.生物信息学功能分析暗示,这些蛋白直接参与了花药内激素调节、蛋白质转运、蛋白质互作、活性氧积累及花药的发育,表明SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育其败育机理可能就与这些生理代谢过程的变异直接相关.     

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.     

杀雄剂SQ-1诱导小麦生理型雄性不育小花完整叶绿体差异蛋白质组学的鉴定

为了在蛋白质水平揭示小麦雄性不育的分子遗传机制,以小麦经杀雄剂SQ-1诱导的生理型雄性不育系,以及对应正常可育系所构建的等生理差异系为试材,应用差速离心和蔗糖密度梯度离心,首先分离出供试材料小花的完整叶绿体,制备蛋白样品后采用固相IEF/SDS-PAGE双向凝胶电泳技术对完整叶绿体蛋白质进行了分离、银染,得到了重复性较好的双向电泳图谱．PDQuest 2DE软件分析识别出约150个较为清晰的蛋白质点,采用MALDI-TOF鉴定出的6个差异表达蛋白质分别是：PAP-fibrillin、ATRABB1A、底物同源结构域蛋白/Rho GAP结构域蛋白、铜锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）、R2R3-MYB转录因子及1个假定蛋白质．生物信息学功能分析暗示,这些蛋白直接参与了花药内激素调节、蛋白质转运、蛋白质互作、活性氧积累及花药的发育,表明SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育其败育机理可能就与这些生理代谢过程的变异直接相关．     

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。     

辣椒雄性不育系与保持系花药POD、SOD和EST同工酶表达差异研究

利用辣椒质核互作雄性不育材料,采用聚丙酰胺凝胶垂直板电泳技术,研究了在花药发育不同时期,甜椒和辣椒核质互作雄性不育系及其保持系POD、SOD和EST同工酶的差异.结果表明:不育系与保持系,在花药发育的不同时期POD同工酶表达种类及表达活性之间存在差异,其中甜椒不育系在减数分裂期POD同工酶的活性非常低,辣椒雄性不育系在减数分裂期及花粉成熟期分别多一条POD特征带.不育系与保持系之间SOD同工酶的表达活性及其表达种类无明显差异.在减数分裂期和花粉成熟期,甜椒和辣椒不育系与保持系花药EST同工酶酶带均存在明显的差异.     

玉米黄早4雄性不育系、保持系过氧化物酶同工酶的比较研究

在玉米黄早4雄性不育系、保持系的10个组织(叶、根、茎、芽鞘、胚轴、苞叶、穗轴、花丝、雌蕊、花药)中共检测出18种正、负极向过氧化物酶,其中有7个组织不育系与保持系间过氧化物酶没有差异,只有在3个组织中(叶、茎、花药)不育系与保持系间的过氧化物酶存在差异,说明玉米黄早4雄性不育系及保持系的过氧化物酶可能由细胞核基因编码。不育系与保持系个别组织内过氧化物酶存在差异,可能是由于核内编码过氧化物酶的基因表达异常所引起,而这种表达异常,可能是与不育系中不育细胞质基因调控核基因的表达有关。     

辣椒雄性不育系SDH4基因的表达特性分析

为了探究线粒体电子传递复合体Ⅱ的关键酶基因(SDH4)与辣椒细胞质雄性不育的关系,该试验通过GenBank报道的辣椒线粒体基因组序列,特异引物扩增SDH4基因,并通过分析SDH4基因的时空表达及转录本编辑位点,以期找到辣椒细胞质雄性不育系9704A和保持系9704B的差异。结果表明:(1)从辣椒细胞质雄性不育系9704A和保持系9704B中获得的目的基因编码区片段长度一致,全长均为378bp,编码125个氨基酸残基。(2)辣椒保持系不同组织中SDH4基因表达存在差异,种子中表达最高,茎中表达最低。(3)在不同材料花蕾发育的同一时期,SDH4基因表达也不一致,在花粉母细胞减数分裂时期,不育系SDH4基因表达量明显低于保持系;而在造孢细胞增殖期、小孢子单核期和小孢子成熟期的表达量均高于保持系。(4)不育材料中SDH4基因在29位点出现RNA编辑,导致氨基酸由丝氨酸变为亮氨酸,增强了蛋白结构的疏水性能。研究认为,辣椒细胞质雄性不育系9704A和保持系9704B中SDH4基因的表达差异可能引起植物的能量代谢供应出现异常,从而导致雄性不育的产生。     

辣椒胞质雄性不育系和保持系内源激素含量的比较

以2个辣椒品系(199807、199803)的胞质雄性不育系和相应保持系为实验材料,采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定IAA、(Z ZR)、GA3和ABA等内源激素含量,用气相色谱分析仪测定乙烯(ETH)释放量,对辣椒胞质雄性不育系和相应保持系内源激素含量变化规律进行研究.实验结果表明:在四分小孢子之前,花药中的IAA含量不育系显著高于保持系,在四分小孢子时期花药和花蕾中的IAA含量出现转折,到花粉粒成熟期的花蕾和花药以及开花期叶片中的IAA含量均是不育系显著低于保持系;小孢子各发育时期花药以及花期叶片中GA3含量均是不育系高于保持系,但花粉粒成熟期化蕾中GA3含量为不育系低于保持系;小孢子不同发育时期的花药以及花期叶片中ABA含量始终足不育系显著高于保持系,而花粉粒成熟期花蕾中ABA含量不育系与保持系没有显著差异;花粉粒成熟期的花蕾和花期叶片中ETH释放量表现为不育系显著高于保持系.同时,花粉粒成熟期的花蕾、花药和叶片中IAA/ABA、(Z ZR)/ABA、GA3/ABA、IAA/GA3、(Z ZR)/GA3等5个激素的比值均有不育系低于保持系的趋势.本实验结果说明辣椒的育性表现与花器和叶片等组织中内源激素的含量变化有关,花药和花期叶片中IAA亏缺、GA3和ABA增加以及化蕾和叶片中ETH过度产生,都有可能导致辣椒雄性不育.     

细胞质雄性不育烟草orfB基因的PCR扩增与序列分析

为探究ATP合酶F_0部分的orfB基因与植物雄性不育性的关系,本实验以3个烟草雄性不育系(MS中烟90,ms云烟85和MSK326)及其同型保持系为供试材料,提取其花蕾总DNA,利用PCR特异引物扩增目的基因orfB,并对目的基因进行测序和对比分析。结果显示:3个保持系的orfB基因序列完全一致,且与GenBank数据库中收录的烟草orfB基因序列吻合;3个不育系的目的基因序列也完全一致,但与保持系相比不育系目的基因在第363碱基位点发生A→C的突变,导致该位点密码子编码的Lue(亮氨酸)变异为Phe(苯丙氨酸)。因此推测烟草的orfB基因可能与其雄性不育性的形成有关。     

紫稻细胞质雄性不育系叶片全蛋白双向电泳分析

通过对几种不育系叶片全蛋白双向电泳图谱分析证明;紫稻不育系具有不同于野败型,红莲型和马协型不育系的蛋白图谱,说明其可能是一种新的细胞质质源,同时,紫稻不育系与保持系蛋白图谱之间在三叶期和分蘖期时差异均不明显,但各材料本身蛋白图谱在两个不同时期之间差异很大,不育系与保持系图谱表现出的蛋白质（多肽）的差异,可能与不育系雄性不育有关。     

水稻细胞质雄性不育系及其保持系幼穗发育过程中内源激素的变化

利用酶联免疫测定技术研究了水稻细胞质雄性不育系珍汕97A及其保持系珍汕97B在幼穗发育过程中叶片、幼穗和花药中内源IAA、GA1＋4、ABA和iPAs含量的动态变化。结果表明,1）从幼穗发育的雌雄蕊形成期到三核花粉期,保持系叶片中IAA水平高于不育系,并在二核花粉期最高;在幼穗和花药中也以保持系为高。2）保持系与不育系叶片中GA1＋4含量变化趋势相似,均为先升后降,但从单核到三核花粉期以保持系为高;在幼穗和花药中也都以保持系为高。3）不育系叶片中ABA水平在幼穗发育早期明显高于保持系,中期与保持系相近,后期又高于保持系;在幼穗和花药中也都以不育系为高。4）保持系叶片、幼穗和花药中iPAs含量始终显著高于不育系。5）保持系叶片中IAA＋GA1＋4＋iPAs与ABA之比值也始终高于不育系。提示不育系叶片、幼穗和花药中IAA、GA1＋4、iPAs和ABA含量出现了异常,且IAA、GA1＋4和iPAs亏缺以及ABA盈积可能与水稻细胞质雄性不育发生有关。     

A comparative study of the atp9 gene between a cytoplasmic male sterile line and its maintainer line and further development of a molecular marker specific for male sterile cytoplasm in kenaf (Hibiscus cannabinus L.)

mtDNA was isolated from cytoplasmic male sterility (CMS) line P3A and its maintainer P3B of kenaf (Hibiscus cannabinus L.). The atp9 gene and its two flanking sequences were obtained using homology cloning and high-efficiency thermal asymmetric interlaced PCR methods. The coding sequences showed only two base pairs difference between the CMS and its maintainer, and shared a homology of over 87 % with atp9 genes from other species in GenBank. However, when comparing the flanking sequences, a 47-bp deletion was characterized at the 3′ flanking sequence of atp9 in the CMS line. Quantitative PCR analysis indicated that the expression level of atp9 in the CMS line was 0.937-fold that of its maintainer. Furthermore, the respiratory rate of anthers in the CMS line was markedly lower than that of its maintainer. The results indicated that the 47-bp deletion at the 3′ flanking sequence of atp9 and/or down-regulated expression of the atp9 gene in the CMS line might be closely related to CMS in kenaf. To confirm whether the 47-bp deletion was specific to cytoplasm of male sterile lines, another 21 varieties were used for further analysis. The results showed that the 47-bp deletion was specific to male sterile cytoplasm (MSC) of kenaf. Based on these, a specific molecular marker was developed to distinguish the MSC from male fertile cytoplasm of kenaf.     

Differential proteomic studies of the genic male-sterile line and fertile line anthers of upland cotton (Gossypium hirsutum L.)

Pollen development is disturbed in the microspore development stage of the double-recessive nuclear male-sterile line ms5ms6 (Gossypium hirsutum L.). This study aimed to identify differentially expressed anther proteins and their potential roles in pollen development and male sterility. We compared the proteomes of sterile and fertile anthers of the double recessive nuclear male-sterile line ms5ms6. Approximately 1,390 protein spots were detected by two-dimensional differential gel electrophoresis. Proteins with altered accumulation levels in sterile anthers compared with fertile anthers were identified by mass spectrometry and the NCBInr and Viridiplantae EST databases. Down-regulated proteins in the sterile anthers included cytosolic ascorbate peroxidase 1 and glutaminyl-tRNA synthetase (glutamine-tRNA ligase). Several carbohydrate metabolism- and photosynthesis-related enzymes were also present at lower levels in the mutant anthers. By contrast, ATP-dependent RNA helicase eIF4A-13, NADH dehydrogenase subunit 1, enolase, gibberellin 20-oxidase, gibberellin 3-hydroxylase 1, alcohol dehydrogenase 2d, 3-ketoacyl-CoA synthase, and trehalose 6-phosphate synthase were expressed at higher levels in sterile anthers than in fertile anthers. The regulation of upland cotton pollen development involves a complex network of differentially expressed genes. This study provides the foundation for future investigations of gene function in upland cotton pollen development and male sterility.     

苎麻atp6和atp9基因的克隆表达及与细胞质雄性不育的相关性

摘要: 根据GenBank报道的双子叶植物线粒体atp6和atp9基因编码区保守序列设计简并引物, 通过PCR技术从苎麻细胞质雄性不育系、保持系和恢复系(简称“三系”) mtDNA中扩增目的基因片段, 发现所得序列开放阅读框虽不完整, 但与GenBank报道的其他植物线粒体atp6和atp9基因同源性分别高于94%和85%。采用DNA Walking步移法分别从3′端和5′端扩增两个基因片段的未知侧翼序列, 分离出完整的苎麻线粒体atp6和atp9基因, 包含了完整的开放阅读框。其中“三系”的atp6基因在mtDNA水平、转录和翻译调控水平、蛋白质水平上均无差异。不育系atp9基因在编码区3′端与保持系和恢复系相比存在若干个碱基的差异和缺失; RT-PCR分析还表明, 不育系atp9基因在现蕾期和盛花期的表达量很高。推测不育系atp9基因的结构变异和/或异常表达与苎麻细胞质雄性不育(CMS)的关系密切。     

红麻UG93细胞质雄性不育系、保持系及恢复系间的遗传多样性分析

利用8条核基因组ISSR引物和7对叶绿体基因组SSR引物(cpSSR),对9对红麻UG93细胞质雄性不育系/保持系及5个恢复系的细胞核、细胞质遗传多样性进行分析.结果表明:各材料的核基因组遗传相似系数在0.333～1.000之间,其中保持系间、保持系和恢复系间、恢复系间的平均相似系数分别为0.583、0.689和0.8...     

Differences on the microsporogenesis and tapetal development of male fertile and cytoplasmic male sterile pepper (Capsicum annuum L.)

To clarify the time and cause of pollen abortion, differences on the microsporogenesis and tapetum development in the anthers of male fertile maintainer line and cytoplasmic male sterile (CMS) line pepper were studied using transmission electron microscopy. The results showed that CMS line anthers appeared to have much greater variability in developmental pattern than male fertile maintainer line ones. The earliest deviation from normal anther development occurred in CMS line anthers at prophase I was cytomixis in some microspore mother cells (MMCs), and vacuolisation in tapetal cells. Then, MMCs in CMS line anthers developed asynchronously and a small part of ones at the different stage degenerated in advance appearing to have typical morphological features of programmed cell death (PCD). Most MMCs could complete the meiosis, but formed non-tetrahedral tetrad microspores with irregular shape and different size and uncertain number of nuclei, and some degenerated ahead of time as well. Tapetal cells in CMS line anther degenerated during meiosis, and were crushed at the tetrad stage, which paralleled the collapse of pollens. Pollen abortion in CMS line anthers happened by PCD themselves, and the premature PCD of tapetal cells were closely associated with male sterility.     

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。