甘蓝型油菜NCa CMS育性相关候选线粒体基因及其恢复基因的转录调控

用10个线粒体基因为探针，对NCa不育系、保持系和可育F1幼蕾的线粒体RNA进行了Northern检测。结果表明，atp6、atp1、cox1、cox2、cob、rrn5S和rnn26S等7个线粒体基因探针在不育系、保持系、可育F1中的转录没有差异，只有orf222、orf139和atp9等3个探针检测到转录本的差异。orf222和orf139分别在不育系和可育F1中产生相同大小和丰度的转录本，但是在保持系中没有检测到转录本；orf222检测到的3条转录本分别为1．1、0．9和0．6kb，orf139检测到0．8和0．6kb2条带。atp9探针在不育系和保持系中都检测到1条0．6kb转录本，而在可育F1中检测到0．6和1．2kb的转录本。NCaCMS不育的形成可能与orf222、orf39和atp9基因的表达有关。讨论了恢复基因在F1育性恢复过程中对育性相关候选基因的可能调控方式。     

甜菜线粒体atp6基因转录本的RNA编辑位点研究

RNA编辑现象普遍存在于高等植物的线粒体中,是线粒体中产生功能蛋白所不可或缺的加工步骤。以甜菜细胞质雄性不育系DY5-CMS及其保持系DY5-O为材料,通过PCR、RT-PCR以及PCR产物直接测序等方法,对甜菜线粒体atp6基因转录本的RNA编辑位点进行了研究,以期探寻其与细胞质雄性不育之间的关系。结果表明,atp6基因转录本的保守区域共有8个编辑位点,均发生在密码子的第一、二位点上,这些位点的编辑将导致氨基酸种类的变化,如第二个编辑位点上发生的由丝氨酸(疏水参数0.8)到亮氨酸(疏水参数3.8)的转变。通过分析可看出atp6基因RNA编辑有着改变蛋白质疏水性的作用,同时它能增加物种间的保守性。     

黏类小麦细胞质雄性不育线粒体atp6基因转录本编辑位点

以黏类小麦细胞质雄性不育系ms(Kots)-90-110(A)及其近等可育基因系BC₅F₂为材料,采用克隆测序与PCR产物直接测序方法,对黏类小麦线粒体atp6基因在花药发育各阶段的RNA编辑进行了分析。结果表明,小麦atp6基因保守区DNA序列在供试材料不育系及其近等可育基因系中完全一致,且与普通小麦和提莫菲维小麦atp6基因序列同源性为99%。两种方法测序分析atp6基因转录本保守区RNA编辑的结果规律相似。atp6基因共有15个编辑位点,其中13个发生在密码子的第一和第二位点上,这些位点的编辑都使氨基酸种类发生了变化;有2个发生在密码子的第三位点上,不引起氨基酸种类的变化;其中第6和第7位点是共转录的。随着花药发育时期的推移,各位点的编辑频率逐渐增高。不育系与其近等可育基因系相比,在引入核恢复基因后,各位点的编辑频率明显提高。编辑不充分的转录产物可能会影响线粒体功能的正常发挥,表明黏类小麦细胞质雄性不育与线粒体atp6基因转录本保守区的编辑有一定的相关性。     

小麦K、V型细胞质雄性不育系线粒体基因的比较分析

细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,MS)是高等植物中普遍存在的一种母性遗传现象,跟线粒体基因密切相关。小麦K型和V型细胞质雄性不育性是由于粘果山羊草和偏凸山羊草或易变山羊草的细胞质导入普通小麦中产生的,被认为是最有利用潜力的小麦不育种质,但是其不育性产生的机理还不清楚。本研究在已知小麦K型细胞质雄性不育系和保持系线粒体基因组序列的基础上,比较分析了K型,V型不育系和保持系中33个线粒体基因和22个开放阅读框(open reading frame,orf;K型不育系特有的,被认为是K型不育系的不育候选基因)。结果表明,线粒体基因中除atp6、nad6和rps3在保持系和不育系之间有较大差异外,其它基因在保持系和不育系中都是高度保守的,其一致性达98%以上,atp6和nad6在两个不育系中也是高度一致的;22个orf中只有orf249在K型和V型不育系之间具有一定差异,其余的orf高度一致,说明小麦K型和V型不育系的线粒体基因是高度保守的,推测二者可能具有相似的不育基因或不育机理。研究结果为小麦K型和V型不育系在杂交育种中的利用奠定了一定的理论基础。     

甘蓝型油菜NCa CMS育性相关候选线粒体基因及其受恢复基因的转录调控

用10个线粒体基因为探针, 对NCa不育系、保持系和可育F₁幼蕾的线粒体RNA进行了Northern检测。结果表明，atp6、atp1、cox1、cox2、cob、rrn5S和rrn26S等7个线粒体基因探针在不育系、保持系、可育F₁中的转录没有差异；只有orf222、orf139和atp9等3个探针检测到转录本的差异。orf222和orf139分别在不育系和可育F1中产生相同大小和丰度的转录本，但是在保持系中没有检测到转录本；orf222检测到的3条转录本分别为1.1、0.9和0.6 kb，orf139检测到0.8和0.6 kb 2条带。atp9探针在不育系和保持系中都检测到1条0.6 kb转录本，而在可育F₁中检测到0.6和1.2 kb的转录本。NCa CMS不育的形成可能与orf222、orf139和atp9基因的表达有关；讨论了恢复基因在F₁育性恢复过程中对育性相关候选基因的可能调控方式。     

四种细胞质来源的烟草不育系线粒体SSR位点差异

采用线粒体SSR(mtSSR)方法对普通烟草4种不育类型的不育系、不育胞质来源的烟草野生种和保持系进行线粒体位点差异分析,探讨mtSSR位点差异与胞质不育的关系。在烟草线粒体基因组上检索到24个能重复稳定扩增出片段的mtSSR,对烟草属植物的这些mtSSR分析结果显示,普通烟草种内mtSSR较为保守,多态性比率仅10.5%;4种不育类型的各自不育系与保持系、不育胞质上存在多个差异位点,在Nta(sua.)S类型中差异位点在线粒体编码基因orf138a、orf138c以及orf102~orf210的基因间区;在Nat(gla.)S类型中,差异位点在线粒体orf138a、orf138c两个编码基因以及nad2~sdh3、rps12~orf125b、orf116~orf101b、orf102~orf210的4个基因间区;在Nta(rep.)S类型中,差异位点在线粒体编码基因orf190以及orf104c~orf202的基因间区;在Nta(rus.)S类型中,差异位点在线粒体编码基因orf137以及rps12~orf125b的基因间区。这些位点差异可能与各自的雄性不育有关。另外,mtSSR引物TMS20在Nat(sua.)S、Nat(gla.)S、Nat(rep.)S和Nat(rus.)S类型的雄性不育系中分别扩增出了184、172、212和225 bp的片段,表明可用该引物区分4种烟草CMS类型。     

大葱雄性不育系及保持系atp6基因的克隆及表达分析

为进一步研究atp6基因与大葱细胞质雄性不育的关系,以章丘大葱不育系和保持系作为本研究的实验材料,利用同源克隆的方法获得大葱atp6基因序列,并对其在蛋白质二级结构和生长发育各时期atp6基因表达量进行了比较。结果表明:不育系与保持系atp6基因开放阅读框第171碱基处存在一个A/T多态性位点,这一多态性位点使蛋白质二级结构的比例发生了轻微变化,但并未改变ATP6蛋白跨膜结构。利用实时荧光定量聚合酶链反应检测atp6基因苗期、抽薹期、开花期以及开花后期在根系和叶/花蕾中的表达水平,结果表明:在植株整个发育过程中,根系atp6基因表达量表现出先升高后降低的趋势,在开花期达到最大值,保持系是不育系的1.14倍;叶/花atp6基因表达量在整个生育期逐渐降低,苗期最高,保持系是不育系的1.96倍。     

烟草线粒体基因atp6的SNP及其与CMS的相关性

为更好地在烟草育种中利用雄性不育,对烟草胞质雄性不育(CMS)的分子机理进行了研究。atp6基因是影响植物CMS的一个重要候选基因。本研究以7个烟草CMS系及其相应的保持系为材料,利用PCR特异引物扩增其线粒体基因atp6,通过直接测序和比对,发现atp6中A-59C、T-92C、T-185G、T-253C、T-418C、T-768C 6个核苷酸位点存在碱基变异,其中第59位、92位、185位和418位碱基的变化导致了相应位点编码氨基酸残基的改变,另两个位点(第253位和768位)为同义突变。对atp6基因中第59位A→C的突变进行了大量个体(共222个烟草植株个体)的PCR-RFLP检测及分析,结果表明,所有保持系单株的线粒体atp6基因片段都可以被Bst1107 I酶切,酶切后出现两种条带;而96%以上的雄性不育系单株的线粒体atp6基因片段部分能被Bst1107 I酶切,部分由于第59位A→C突变不能被Bst1107 I酶切,酶切后出现3种条带。说明atp6基因第59位的SNP位点与烟草CMS特性存在显著的相关性。     

胡萝卜atp8基因的克隆表达及细胞质雄性不育的相关性研究

摘 要：线粒体基因重组而形成的异常开放阅读框的表达导致了植物的细胞质雄性不育现象,在这种现象的研究中具有重要的意义。本研究分离克隆了胡萝卜细胞质雄性不育相关的线粒体基因片段,并利用半定量RT-PCR和Real-time PCR技术研究了该基因在不育系和相应保持系中的表达情况。结果表明,与不育系相比,胡萝卜保持系atp8基因序列在30 bp-170 bp之间核苷酸突变很多,且在154 bp-162 bp发生了缺失。Blast分析发现保持系atp8基因与胡萝卜nad6基因的同源性高达100%。表达分析表明,atp8基因在不育系花蕾的前五个时期表达量都明显低于相应的保持系,而在盛花期的表达量与保持系趋于一致。推测atp8基因的异常表达与胡萝卜细胞质雄性不育有着密切关系。     

烟草CMS相关基因orf25的生物信息学分析

线粒体基因orf25异常可能导致烟草细胞质雄性不育（CMS）。为探讨orf25基因导致CMS的可能机理,本文采用生物信息学方法,分析烟草雄性不育系‘MS革新3号’及其保持系中的orf25基因在其编码蛋白各结构层次上存在的差异。结果显示,不育系中orf25基因因碱基改变提前出现终止子从而导致其编码蛋白缺失结构域,这极可能成为干扰线粒体F(0)F(1)-ATP合成酶功能的关键因素,从而成为导致烟草‘革新3号’CMS的根本原因之一。     

瓣化型胡萝卜胞质雄性不育相关片段的分离及序列分析

以128对引物组合对瓣化型胡萝卜胞质雄性不育系和保持系进行cDNA-AFLP分析，筛选与不育性相关的特异片段，对其中两个表达丰度较高的cDNA差异片段进行克隆测序。序列分析表明BY1949与拟南芥质子依赖性的类肽转运蛋白在核苷酸水平有87%的同源性，蛋白质水平有58%的同源性。BY2562与瓣化型胞质雄性不育（CMS）胡萝卜线粒体ATP8、ATP9、NAD6和cob-sp基因在核苷酸水平有99%的同源性，期望值为0.0；在蛋白质水平与CMS向日葵线粒体ORFB基因，COXIII 5'端未知蛋白YMF19以及CMS胡萝卜ATP-8，orfB-F1有97%的同源性；另外与胡萝卜orfB-CMS、orfB-F2、烟草orfB、油菜orf224、拟南芥线粒体orfB、萝卜orf158以及芥菜线粒体膜蛋白、甘蓝型油菜orf474也有90%以上的同源性。     

Obtaining an Ogura-type CMS line from asymmetrical protoplast fusion between cabbage (fertile) and radish (fertile)

Cytoplasmic male sterile (CMS) plants were obtained by asymmetrical protoplast fusion between red cabbage (fertile) and normal radish (fertile). The CMS plants showed restriction fragment length polymorphism (RFLP) patterns of mitochondrial (mt) DNA that were different from those of both parental lines. PCR analysis of mtDNA of the CMS plants and though Southern blot analysis showed that the mtDNA of the CMS line had the characteristics of the ogura CMS type. The results suggested that the orf138 gene and the ogura type atp6 gene are present in normal fertile cabbage and radish at a low copy level. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

一个白菜型油菜细胞质雄性不育的遗传研究

１９９３年春在白菜型油菜品种“浠水白”中发现了几株雄性不育株,遗传研究结果表明,“浠水白”雄性不育株为细胞质雄性不育,所有调查过的白菜型油菜品种（系）均具有这种雄性水育的保持系。与ｐｏｌ ＣＭＳ和ｎａｐＣＭＳ的保持系和恢复系的测交结果表明,“浠水白”雄性不育与ｎａｐ ＣＭＳ具有相同的恢保关系,与ｐｏｌ ＣＭＳ具有完全不同的恢保关系。ＥｃｏＲⅠ,ＨｉｎｄⅢ,ＰｓｔⅠ和ＳａｌⅠ四种限制性内切酶的线粒体     

Development of a DNA marker for distinguishing CMS lines from fertile lines in rice (Oryza sativa L.)

The main objective of the present study was to identify mitochondrial DNA based marker, which can distinguish male sterile and fertile counterparts of the cytoplasmic male sterile (CMS) lines used in production of rice hybrids. Amplified fragment length polymorphism (AFLP) analysis in CMS lines: IR58025A & IR62829A and their respective maintainers: IR58025B & IR62829B identified a polymorphic DNA fragment of about 510 bp size that was present in both CMS (A) and absent in their maintainer (B) lines. Sequencing followed by database analysis of the polymorphic fragment indicated about 97% similarity with mitochondrial NADH gene subunits of rice, maize and wheat. Based on the variable sequence regions, a site specific primer pair (BF-STS-401) was designed. PCR analysis showed that BF-STS-401 could amplify a strong band of 464 bp size in CMS and a faint band of the same size in maintainer line. To act as a positive control and avoid possible errors in PCR, BF-STS-401 was multiplexed with a new primer pair (BF-STS-402), derived from mitochondrial atp9 subunit of rice, producing monomorphic amplification indiscriminately in both CMS and maintainer lines. Both the primer pairs in combination clearly differentiated CMS lines from their corresponding maintainer lines. This primer combination was validated in a set of diverse genotypes consisting of different sources of CMS lines, restorer lines, hybrids, varieties and mixed samples from private seed companies. Our results suggested that the multiplex primer pairs developed in this study can be effectively utilized to assess the genetic purity in commercial seed lots of CMS lines and hybrids of rice.