水稻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怕必不可少的过程。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，研究了线粒体功能基因-atp6和coxⅡ转录本的编辑位点。结果表明，atp6和coxⅡ的转录本分别有18和15个编辑位点，其中导致氨基酸种类变化的编辑位点分别有15和14个，这些位点的编辑增加了编码蛋白的疏水性以及编码蛋白在不同物种中氨基酸序列上的保守性。     

红莲型细胞质雄性不育的发现利用研究及展望

自杂交水稻研究50年来,红莲型杂交水稻采取基础研究、应用研究、产业化相结合的模式为杂交水稻事业的发展做出重要贡献.红莲型细胞质雄性不育基因orf H79位于线粒体基因atp6下游,编码79个氨基酸,具细胞毒性,与电子传递链复合体Ⅲ的蛋白亚基互作,机理研究结果表明这种互作可能引起ROS的上升而导致花粉败育.对两个育性恢复基因Rf5,Rf6的研究结果表明,这两个PPR基因均不能与不育基因转录本直接互作,其中RF5与GRP162及RFC3等蛋白互作,以蛋白复合体的形式加工不育基因转录本,而RF6与HXK6互作,形成新的蛋白复合体,二者育性恢复通路各自独立.以不育基因orf H79为分子标记,创制出一批新的红莲型细胞质不育系;以恢复基因Rf5,Rf6为分子标记,筛选出一批双恢复基因强恢复系,选育出高产优质多抗广适红莲型杂交水稻新组合红莲优6,粤优938和珞优8号等.红莲型杂交稻在中国长江流域、华南稻区大面积推广种植,同时在越南、印度尼西亚、马来西亚、孟加拉和菲律宾等东南亚国家引种推广并表现优异,展现出广阔的应用前景.     

利用微卫星标记定位水稻红莲型细胞质雄性不育恢复基因

以 (丛广 41A×密阳 2 3)×丛广 41B回交群体为基因定位群体 ,采用群分法 ,对红莲型细胞质雄性不育恢复基因进行了定位 .在 1 5 9对微卫星引物中 ,微卫星标记RM2 5 8与红莲型细胞质雄性不育恢复基因连锁 ,从而将该基因定位于水稻第 1 0染色体上 ,距RM2 5 8约 7.8cM ,恢复基因在染色体上可能是成簇分布的     

水稻野败型细胞质雄性不育的发现利用与分子机理

野败型细胞质雄性不育(CMS-WA)野生稻的发现和研究利用是实现杂交水稻"三系"配套育种和杂种优势利用的关键,也是人类挖掘和利用野生物种资源服务于农业生产的成功典范,对粮食安全发挥了重要的作用.本文回顾了野败型细胞质雄性不育野生稻的发现以及遗传育种研究和利用的历程,重点介绍野败型细胞质雄性不育性及其恢复性的分子机理和起源进化研究的最新进展.1970年,袁隆平团队在海南发现了细胞质雄性不育野生稻.随后我国许多遗传育种学家利用该材料为不育细胞质供体,于20世纪70年代初育成了野败型细胞质雄性不育系,完成了基于"三系"配套的杂交稻育种体系,实现了杂交稻大规模商业化应用,获得了显著的增产效果.经过长期的研究,我国科学家成功克隆了野败型细胞质雄性不育基因WA352和恢复基因Rf4,阐明了WA352复杂的起源进化机制.研究揭示了WA352蛋白通过与核基因表达的线粒体定位蛋白COX11相互作用,诱导花药绒毡层异常降解和花粉不育,RF4通过降低WA352转录本水平恢复育性,阐明了植物CMS/Rf系统不同层次的核质互作控制雄性不育发生和育性恢复的分子作用机理.本文还探讨了今后杂交稻育种发展的重点和方向.     

玉米S组CMS线粒体基因组细菌人工染色体文库的构建

细胞质雄性不育（ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ ｍａｌｅｓｔｅｒｉｌｉｔｙ，ＣＭＳ）材料在杂交玉米生产中具有重要的应用价值，决定ＣＭＳ遗传性状的基因位于线粒体内，Ｓ组玉米ＣＭＳ种质Ｍｏｌ１７ＣＭＳ－Ｊ为试材，采用低熔点琼脂糖包埋线粒体、原位消化、电泳分级、酶解琼脂糖ＢＡＣ载体、电转化等新技术，成功构建了线粒体基因文库。从基因文库的容量、插入片段大小、来源、稳定性和在文库中筛选线粒体基因等质量因素分析，表明     

植物雄性不育的遗传机制探讨

本文评述了雄性不育性的遗传分类、细胞质育性因子、核质互作方式、环境调控、遗传操作等方面的研究进展，提出了解释雄性不育产生的双基因模型假说，认为控制雄性育性表达有二类核基因，一类是控制小孢子发生过程的基因（花粉发育结构基因），另一类是调控花纷发育结构基因表达条件的基因（调节基因），这二类基因任一发生突变均将产生遗传的雄性不育，细胞质（内环境）和生境（外环境）通过调控调节基因的表达成其产物，使得花纷发育结构基因表达所需条件不能满足而导致雄性不育．     

玉米叶绿体与细胞质雄性不育性

细胞质雄性不育性是核外遗传的一种形式,它的遗传机理长时期处于“细胞质基因”和“质体基因”等假说的支配之下,未能得到真正阐述。叶绿体DNA(ct-DNA)及线粒体DNA(mt-DNA)发现之后、有一部分研究者根据核酸限制性内切酶对DNA消化所产生限制性片段的     

水稻线粒体tRNATrp的种属特异性氨酰化

为了研究原核生物和真核生物（细胞质）色氨酰tRNA合成酶（TrpRS）对线粒体tRNA^Trp识别的种属特异性，构建了7个水稻线粒体tRNA^Trp三位点（G73，U72，A68）的单点或多点突变的突变体．这些突变基因，经体外转录后分别用枯草杆菌（B．subtilis）和人色氨酰tRNA合成酶（TrpRS）进行氨酰化反应，并测定它们的动力学常数．结果表明，与野生型水稻线粒体tRNA^Trp相比，7个突变体的转录产物被B．subtilis TrpRS氨酰化的活力分别降低了53．33％-99．79％，被人TrpRS氨酰化的活力却分别提高了4～330倍，其中以MPH7（水稻线粒体tRNA^Trp的三碱基（G73，U72和C68）全部突变为人tRNA^Trp的三碱基序列）的氨酰化活力改变最大．实验结果证明，与真核生物和原核生物细胞质tRNATrp的种族特异性类似，水稻线粒体tRNA^Trp的种属特异性元件也主要处于氨基酸接受茎的识别位碱基、第一和第五对碱基对，亦即识别位碱基G73，氨基酸接受茎上的两个碱基对G1／U72和U5／A68．本研究为线粒体tRNA^Trp起源于真细菌的推论提供了实验依据．     

玉米小斑病菌C 小种毒素的致病作用位点

现已现的玉米小斑病Ｃ小种５２３菌株对玉米Ｃ雄性不育细胞质材料的致病性比正常胞质材料严重，为了研究这种差异产生的可能机制，利用０．３％小斑病毒素处理正常质（Ｎ）和Ｃ细胞质材料线粒体，然后令线粒体进行体外翻译，发现离体线粒体蛋白质合成都未受到影响，表明毒素没有改变Ｎ，Ｃ胞质线粒体膜的通透性，使氧化－磷酸化解遇联，也未直接抑制线粒体蛋白质的合成。交主叶片浸泡于０．３％的毒性溶液中处理，在不同处理时间测定     

三系杂交水稻育种研究的回顾与展望

我国首创的籼型杂交水稻技术开辟了大幅度提高水稻产量的新途径,为粮食安全做出了巨大贡献.本文回顾了野败型雄性不育的发现与不育系、保持系和恢复系(简称三系)配套及发展的历程.水稻核质互作型雄性不育系在我国大面积生产应用,除野败型外,还有岗型、D型、印水型、矮败型、红莲型、K型不育胞质.其中红莲型的恢、保关系与野败型不同,其他都与野败型相似.杂交水稻不育胞质的多样性解决了胞质单一可能带来的生产风险.在骨干亲本的选育方面,本文介绍了优良不育系珍汕97A,V20A,Ⅱ-32A,金23A等,以及优良恢复系IR24,明恢63,蜀恢527等的选育和应用情况.目前,我国三系杂交水稻主推品种已经由过去的高产品种,转变为优质、高产、抗病兼顾的新品种为主.但是,三系杂交水稻面临产量潜力提升较慢、优良保持系创制效率较低、杂交稻种子生产成本较高,以及不完全适应轻简化栽培等诸多问题.为了应对这些挑战,建议以培育优质、高产、安全、高效的绿色杂交水稻新品种为目标,以分子技术在杂交水稻育种中的应用为手段,以选育适合杂交水稻机械化制种的三系亲本为方向,全面提升杂交水稻的科技竞争力.     

油菜Polima和陕2A细胞质雄性不育系相关基因的序列比较

orf224是在油菜Polima胞质中发现的一个与细胞雄性不育相关的线粒体基因，陕2A不育系则是我国第一个大面积推广的杂交油菜品种“秦油2号”的亲三，Polima和陕2A的基因组DNA为模板，通过合成5′和3′端一对待异引物，利用多聚酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR）从两个不育系的基因组DNA中都扩增出了与orf224同源的DNA片段，将其克隆到pGEM-TEasy载体上进行序列测定，测序结果表明：两序列均由675个核苷酸组成，编码224个氨基酸组成的多肽，两序列的核苷酸及推导出的氨基酸同源性分别为99．9％和99．6％，在＋398处两者有一个碱基的差异（AAC→AGC）和一个氨基酸的差异（Asn→Ser），从而证实了Polima和陕2A为线粒体上同一座位的不同等位基因的差异。     

茎瘤芥胞质雄性不育性与线粒体T基因选择性剪接有关

本研究从茎瘤芥胞质雄性不育（cytoplasmic male sterile, CMS）系线粒体cDNA中扩增获得了CMS相关T基因的两个不同转录本，分别命名为T1170和T1243．序列分析表明其中T1243是一个保留了内含子的转录本，该内含子具备Ⅱ型内含子基本特征．这两个转录本是T基因选择性剪接的产物．RT-PCR分析表明，在苗期，T基因转录水平的表达以T1170转录本为主；随着发育时期变化，该转录本表达逐渐减少，而另一个转录本T1243表达丰度增加；到盛花期，该基因的表达以后者为主．Northern杂交验证了这一结果．推断茎瘤芥胞质雄性不育性和T基因转录后选择性剪接有关．     

水稻细胞质雄性不育系线粒体DNA的电镜观察

自从本世纪六十年代初期,在线粒体基质中发现存在有DNA后,科学家们对动物、真菌线粒体DNA(mt-DNA)进行了大量的研究。由于线粒体是能量转换的场所,在决定植物生活力和代谢产物方面都起着极其重要的作用,同时线粒体基因组与细胞质雄性不育有关,因此,植物线粒体DNA的结构、编     

节节麦细胞质小麦隐性基因控制雄性不育材料的研究

为了使小麦杂种优势利用的研究取得突破性的进展,非常需要寻找新的雄性不育细胞质来源。有人推测以节节麦(Aegilops squarrosa)细胞质为基础,培育不育系的生产杂交小麦新体系,可能是较为理想的。然而,因为节节麦-小麦核质杂种都是可育的,虽然通过诱变处理得到个别雄性不育突变体,但至今还没有得到理想的隐性基因控制雄性不育材料。     

基因与基因表达

基因是遗传物质的功能单位，它可以把遗传信息传给下一代。大多数生物的基因存在于DNA分子中，少数生物的基因是由RNA组成的。真核生物的基因主要位于细胞核内的染色体上，称为细胞核基因，按孟德尔式遗传。细胞质中的线粒体、叶绿体以及原核细胞的质粒中也含有基因，称为细胞质基因，其遗传方式是非孟德尔式的，表现为母系遗传。     

细胞质雄性不育与叶绿体DNA含量

早在五十年代,琼斯(Jones)曾提出:细胞质雄性不育(下简称cms)现象是由于决定育性的隐性核因子与变异的细胞质因子相互作用的结果.后来许多科学家开始寻找这种变异的细胞质因子.经过许多年以后,线粒体基因组与cms关系已经得到了大量确证的资料.但是叶绿体基因组与cms的关系虽有少量资料,但至今仍未明确.     

高等植物细胞质雄性不育的核质关系研究

据Edwardson 1970年统计:已在80多种高等植物中发现了具有细胞质遗传的雄性不育品系,细胞质遗传的雄性不育系大都可通过核置换回交育成.由于核质代换系因核质关系改变后产生的一系列异常的遗传效应,尤其是其雄性不育特性在生产上有应用的可能性,引起各国学者的关注并因此对细胞质遗传的雄性不育的遗传现象进行了细胞学、遗传学的研究.研究结果为探索高等植物细胞质在进化中的作用提供了可能性和依据.     

关于"线粒体仅仅是细胞的能量工厂"的传统观点受到质疑线粒体DNA突变与疾病

雅克·科恩(Jacques Cohen)和新泽西州立泽西城学院医学中心的一个小组最近在<人类繁衍>(Human Reproduction)上宣称,"他们已创造了人类配子链基因改变的第一例--成果为一正常健康的孩子.经过一个称为细胞质转入的过程,供体卵母细胞的细胞质被注入到一位想通过体外受精而怀孕的妇女的卵母细胞中,研究者发现了共同存在的生母的线粒体DNA和其后代血液中供体细胞质的线粒体DNA.     

从花粉肌动蛋白到作物雄性不育

肌动蛋白在动植物细胞的生命活动中担负着重要任务. 花粉细胞中含有丰富的肌动蛋白,其结构及性质与动物肌动蛋白极其相似. 植物肌动蛋白基因的碱基序列及氨基酸序列与动物的序列亦极为相似. 植物细胞质雄性不育系植株的花粉比其保持系花粉中的肌动蛋白含量低得多. 在植物发育过程中肌动蛋白基因的表达有明显的器官特异性,在花粉中的表达量比根、茎、叶中高得多. 构建了肌动蛋白反义基因的表达质粒,转移到小麦和番茄原生质体中,以抑制花粉中肌动蛋白基因的表达,从而获得雄性不育植株. 转基因植株花粉中的肌动蛋白明显减少,而雌芯却不受影响. 此项研究为培育作物雄性不育系开辟了新途径.     

水稻线粒体tRNATrp的种属特异性氨酰化

为了研究原核生物和真核生物(细胞质)色氨酰tRNA合成酶(TrpRS)对线粒体tRNA^Trp识别的种属特异性, 构建了7个水稻线粒体tRNA^Trp三位点(G73, U72, A68)的单点或多点突变的突变体. 这些突变基因, 经体外转录后分别用枯草杆菌(B. subtilis)和人色氨酰tRNA合成酶(TrpRS)进行氨酰化反应, 并测定它们的动力学常数. 结果表明, 与野生型水稻线粒体tRNATrp相比, 7个突变体的转录产物被B. subtilis TrpRS氨酰化的活力分别降低了53.33%~99.79%, 被人TrpRS氨酰化的活力却分别提高了4~330倍, 其中以MPH7(水稻线粒体tRNATrp的三碱基(G73, U72 和C68)全部突变为人tRNA^Trp的三碱基序列)的氨酰化活力改变最大. 实验结果证明, 与真核生物和原核生物细胞质tRNA^Trp的种族特异性类似, 水稻线粒体 tRNA^Trp的种属特异性元件也主要处于氨基酸接受茎的识别位碱基、第一和第五对碱基对, 亦即识别位碱基G73, 氨基酸接受茎上的两个碱基对G1/U72和U5/A68. 本研究为线粒体 tRNATrp起源于真细菌的推论提供了实验依据.