小麦D2型细胞质长日光敏雄性不育可能分子机理的研究初报

一些D2型细胞质的核质杂种小麦在长日下(≥15h)出现雄性不育,表现为雄蕊心皮化,在短日下(≤14.5h)则育性正常,国内外学者将这种新型不育系称之为光敏细胞质雄性不育(Photoperiod-sensitiveCytoplasmicMaleSterilityPCMS).以D2型细胞质光敏雄性不育系农林26及其短日下可育对照为材料,对D2型细胞质光敏雄性不育的基因表达进行了研究.研究表明长日下小麦中与拟南芥控制花发育的B类基因AP3具有同源性的TaMADS#51在该不育系中(长日条件下)未见表达,而在短日下有表达,但只在幼穗中表达,叶片和成穗中均未见表达.初步认为该不育系在长日下出现雄蕊心皮化是由于控制雄蕊发育的B类基因沉默所致.研究揭示了一种核质互作+基因型环境互作的复杂互作造成类似于拟南芥中单基因突变的遗传现象.     

D2型细胞质普通小麦mtDNA的RAPD分析

异源细胞质小麦的创制与研究,是小麦细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility, CMS)杂种优势和核质杂种优势利用研究的基础.我们在异源细胞质小麦的创制过程中培育出D2-CA8057等一系列具有D2型细胞质来源的正常可育普通小麦异质系,其中D2-晋2148(品种名:小山2134)因综合农艺性状优良已走向生产;之后又培育出具有D2型细胞质来源与变异的普通小麦非光敏细胞质雄性不育系msD2-CA8057,其在细胞质效应和育性恢复性能方面均优于T、K、V型等不育系,具有较好的研究与利用前景.     

小麦生理型与遗传型雄性不育相关基因锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)及果糖1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)的表达分析

锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)是一种重要的抗氧化剂,果糖1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)是叶绿体光合碳化阶段起重要调节作用的关键酶.本研究以小麦(Triticum aestivum L.)生理型与遗传型等基因雄性不育系及其对应育性正常的保持系为材料,选取花粉小孢子发育各时期的花药及三核期子房,对供试材料花药全蛋白表达差异研究的基础上,对雄性不育相关基因(Mn-SOD)及FBA进行核酸水平的实时荧光定量PCR分析,结果发现,与可育保持系相比,(1)生理型雄性不育系Mn-SOD基因在幼穗期、单核期和三核期表达量显著下调,而酶活力在幼穗期上调,在单核期下调;遗传型雄性不育系Mn-SOD基因在幼穗期和单核期表达量下调,酶活力在幼穗期上调,在二核期下调.(2)生理型雄性不育系和遗传型雄性不育系FBA基因表达量在幼穗期和单核期均下调,而对应同时期的FBA酶活力也下调,而遗传型不育系FBA基因在三核期表达量和FBA酶活力均上调.(3)Mn-SOD和FBA在遗传型雄性不育系三核期子房和花药中表达量均高于生理型雄性不育系和正常可育系,而在生理型雄性不育系花药中,Mn-SOD表达量明显低于对照可育系,在子房中其表达量略高于正常可育系.基因表达具有组织特异性,其蛋白表达较基因表达具有一定滞后性.Mn-SOD基因过量表达(单核至二核期),从而清除花药代谢紊乱产生的过多的活性氧,维持细胞正常功能;而花粉败育(生理型和遗传型雄性不育)导致花药失去活力,从而使花药叶绿体光合能力下降,FBA下调表达.研究结果提示,不同发育时期FBA及Mn-SOD酶活力变化与基因表达水平相一致,且这两个指标的变化直接或间接的影响了小麦花药的育性程度.     

小麦生理型雄性不育系中天冬氨酸蛋白酶与绒毡层代谢的相关性分析

为探讨化学杂交剂SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育系花药绒毡层细胞凋亡过程与花粉粒败育的关系,以小麦生理型雄性不育系及其可育系花药为试验材料,结合前期绒毡层细胞凋亡研究的结果,采用透射电镜超微观察花药绒毡层细胞结构,定量检测与凋亡相关的天冬氨酸蛋白酶相关基因(APs1、APs2、APs3)的表达量,同时利用含明胶的十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳技术对天冬氨酸蛋白酶活性进行验证。结果表明,在小麦花药发育单核期,生理型雄性不育系花药绒毡层细胞较可育系绒毡层细胞提前降解;在四分体至三核时期,3个天冬氨酸蛋白酶基因在不育和可育系中均表现为先升高后降低的趋势,且单核期表达量最高;天冬氨酸蛋白酶相关基因(APs1、APs2、APs3)在花药发育单核时期以及四分体时期,不育系较可育系均明显上升;天冬氨酸蛋白酶活性研究表明,在花药发育各时期该酶活性在不育系与可育系中均表现出明显差异,且在不育及可育系花药中天冬氨酸蛋白酶活性都呈先升高后降低的趋势,在二核期活性达到最高。表明在SQ-1诱导的生理型不育系中,天冬氨酸蛋白酶的变化与绒毡层细胞凋亡、结构变化及雄性不育花粉粒败育密切相关。本研究初步揭示了生理型小麦败育的机理,为进一步深入研究小麦雄性不育机理,培育能广泛应用于生产实践的优良不育系提供了一定的理论依据。     

小麦生理型雄性不育花药中能量相关基因表达

为揭示小麦(Triticum aestivum L)生理型雄性不育机理, 以化学杂交剂SQ-1为诱导剂,构建了普通小麦西农1376不育和可育等生理系,用RT-PCR 技术分析了3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）和NFUDP4基因在不同发育时期的不育和可育花药中的表达差异。结果表明,与同期对照相比,GAPDH和NFUDP4基因在不育花药单核期到三核期均下调表达,其中在大量花粉粒败育的单核期,GAPDH下调表达尤为显著。因此,小麦生理型雄性不育花药败育过程中,一方面由于GAPDH基因表达受抑制,使糖酵解受阻导致能量供应不足;另一方面,NFUDP4基因下调表达,可能引起线粒体某一Fe-S 族蛋白装配需要的分子骨架减少而使其数量不足,从而可能引起Fe-S族蛋白参与的生化反应减弱,如呼吸链电子传递受阻引起能量供应不足,与小麦生理型雄性不育具有一定关系。     

小麦生理型雄性不育花药中能量相关基因的表达

为揭示小麦(Triticum aestivum L.)生理型雄性不育机理,以化学杂交剂SQ-1为诱导剂,构建了普通小麦西农1376不育和可育生理系,用RT-PCR技术分析了3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)和NFUDP4基因在不同发育时期的不育和可育花药中的表达差异.结果表明,与同期对照相比,GAPDH和NFUDP4基因在不育花药单核期到三核期均下调表达,其中在大量花粉粒败育的单核期,GAPDH下调表达尤为显著.因此,小麦生理型雄性不育花药败育过程中,一方面由于GAPDH基因表达受抑制,使糖酵解受阻导致能量供应不足;另一方面,NFUDP4基因下调表达,可能引起线粒体某一Fe-S族蛋白装配需要的分子骨架减少而使其数量不足,从而可能引起Fe-S族蛋白参与的生化反应减弱,如呼吸链电子传递受阻引起能量供应不足,与小麦生理型雄性不育具有一定关系.     

籼型光敏核不育水稻Hs—1可育和不育幼穗mRNA差异表达分析

本研究利用DD－PCR技术分析了光酶核不育籼稻Hs-1可育和不育幼穗mRNA的表达差异，结果表明：在148个DD－PCR反应中，10个反应可扩增出有差异且可重复的cDNA片段，其中4个反应可扩增出1－4条差异片段，6个反应可护增出4个以上的差异片段，且这些差异处段可只出现在可育幼穗中或同时出现在可育和不育幼穗中，共获得43个差异cDNA片段，其中21个可能与光敏核不育性相关，本研究认为，寻找光敏核不育基因在可育和不育条件下差异表达的起始发育时期是从mRNA水平分离这一基因的关键。光敏核不育基因的表达可能会引起其它一些mRNA的合成，从而产生较多的差异片段，进一步鉴定这些差异片段与不育的关系十分重要。     

快中子辐射诱导普通小麦细胞质雄性不育的研究

用１４ＭｅＶ快中子辐射（丰抗１３／抗锈７９１）Ｆ１代种子，诱发普通小麦雄性不育，获得了普通小麦细胞质雄性不育类型，并对其恢保关系和雄性不育小孢子败育的特点与提型不育类型作了比较研究，结果表明，普通小麦细胞质雄性不育的恢保关系和雄性小孢子败育的特点基本相同。     

植物细胞质雄性不育分子生物学研究进展

阐述了植物细胞质雄性不育相关的线粒体嵌合基因结构、起源、作用机理及其离体表达 ,花粉发育特异基因表达 ,导致植物细胞质雄性不育因素 ,植物细胞质雄性不育恢复育性等方面分子生物学研究进展 ,简介了现代基因工程构建细胞质雄性不育系的策略