转基因雄性不育烟草花药绒毡层及花粉发育的特点

转基因雄性不育烟草花药绒毡层及花粉发育的特点罗玉英１李怀军２刘玉乐３李胜国３田波３（１首都师范大学生物系,北京１０００３７）（２北京市蔬菜研究中心,北京１０００８１）（３中国科学院微生物研究所,北京１０００８０）近年来,通过基因工程创建植物雄性...     

水稻胞质雄性不育系珍汕97A及其保持系珍汕97B绒毡层发育过程中的Ca2 +分布变化

利用焦锑酸钾沉淀法研究了野败不育系珍汕97A及其保持系珍汕97B绒毡层细胞的发育过程及其细胞中Ca2 +的分布变化。研究发现保持系绒毡层细胞在单核花粉晚期才开始迅速解体,而不育系绒毡层细胞在花粉母细胞时期就开始出现核膜、细胞膜解体,此过程持续到二核花粉时期。珍汕97A绒毡层细胞从花粉母细胞时期开始,细胞质内有少量颗粒状的Ca2 +沉淀;减数分裂时期,绒毡层细胞的内切向壁表面有大量大颗粒的Ca2 +沉淀;单核花粉时期绒毡层细胞周围集聚一层Ca2 +沉淀。而保持系绒毡层细胞遮花粉母细胞时期和减数分裂时期细胞内没有Ca2 +沉淀;单核花粉时期绒毡层细胞内的Ca2 +沉淀主要分布在解体的细胞质内。推测绒毡层细胞结构发育的异常和Ca2 +的异常分布可能与花粉的败育有关。     

水稻非花粉型细胞质雄性不育系及其保持系花药发育过程中Ca2+的分布变化

钙在高等植物中被称为第二信使,与植物的有性生殖有关。为了研究水稻（Oryza sativa L.）花药中钙的定位与花粉败育的关系,利用焦锑酸钾沉淀法研究了非花粉型细胞质雄性不育系G37A及其保持系G37B花药的发育过程及其细胞中Ca^2＋ 的分布变化。研究发现,在2个材料间花药中钙的分布存在大量差异。G37B的可育花药在花粉母细胞时期及二分体时期,很少看到有Ca^2＋的沉积;而在单核花粉时期,Ca^2＋沉积急速地增加,主要定位在绒毡层细胞、花粉外壁外层及乌氏体的表面;随后花药壁上沉积的Ca^2＋减少而花粉的外壁外层仍然有很多Ca^2＋沉积物。相反,G37A的不育花药在花粉母细胞时期和二分体时期有大量的Ca^2＋沉积在小孢子母细胞和花药壁,中间层和绒毡层特别多。在二分体时期之后,不育花药的Ca^2＋沉积减少,特别是绒毡层内切向质膜附近的Ca^2＋几乎消失。但是同时期的可育花药中,有大量的Ca^2＋沉积在绒毡层。不育花药的Ca^2＋沉积在开花几天后消失。根据研究结果推测在不育花药发育早期中更多的钙离子与花粉败育有一定的关系。     

水稻胞质雄性不育系珍汕97A及其保持系珍汕97B绒毡层发育过程中的Ca2+分布变化

利用焦锑酸钾沉淀法研究了野败不育系珍汕97A及其保持系珍汕97B绒毡层细胞的发育过程及其细胞中Ca2 的分布变化。研究发现保持系绒毡层细胞在单核花粉晚期才开始迅速解体,而不育系绒毡层细胞在花粉母细胞时期就开始出现核膜、细胞膜解体,此过程持续到二核花粉时期。珍汕97A绒毡层细胞从花粉母细胞时期开始,细胞质内有少量颗粒状的Ca2 沉淀;减数分裂时期,绒毡层细胞的内切向壁表面有大量大颗粒的Ca2 沉淀;单核花粉时期绒毡层细胞周围集聚一层Ca2 沉淀。而保持系绒毡层细胞遮花粉母细胞时期和减数分裂时期细胞内没有Ca2 沉淀;单核花粉时期绒毡层细胞内的Ca2 沉淀主要分布在解体的细胞质内。推测绒毡层细胞结构发育的异常和Ca2 的异常分布可能与花粉的败育有关。     

白菜核雄性不育系可育和不育花药中Ca2+的分布

研究了白菜(Brassica campestris L. ssp.chinensis Makino)细胞核雄性不育系花药中Ca2 的分布特征.在可育花药发育过程中,减数分裂后花药壁细胞中钙颗粒明显增加.早期小孢子开始积累钙颗粒并特异性地附在小液泡膜上.小孢子分裂后,大液泡消失过程中又伴随着许多钙颗粒附在小液泡膜上,显示出Ca2 与花粉中液泡的形成和分解有关.在不育花药中,最早出现的钙颗粒异常分布是在小孢子母细胞的胼胝质壁中积累了较多的钙颗粒.然而,在小孢子细胞质中钙颗粒一直很少,也不形成大液泡,最后通过细胞质收缩的方式败育.这是首次发现Ca2 参与调控花药发育过程,其异常分布与花粉败育密切相关.     

莴苣花药发育过程中钙的分布特征

减数分裂前,莴苣花药中的钙颗粒很少。减数分裂后,花药绒毡层细胞中的钙颗粒明显增加。同时在花药药室基质中也出现许多细小的钙颗粒。刚从四分体中释放出的小孢子内钙颗粒很少。伴随着花粉外壁物质在小孢子表面的沉积,钙颗粒开始积累在花粉壁部位。随后。小孢子中开始出现钙颗粒。当小孢子开始形成液泡后,钙颗粒向其中聚集,伴随着小液泡融合成大液泡。体积较大的钙颗粒主要集中在液泡中,而细胞质基质中的钙颗粒很少。随着二胞花粉中的大液泡消失,花粉细胞质中的钙颗粒变得很少。在以后的发育中,只有花粉壁中积累较多的钙颗粒。在莴苣花药发育过程中,钙与绒毡层细胞的退化和小孢子液泡形成以及二胞花粉中大液泡的消失有关。而花粉外壁表面积累丰富的钙与以后花粉的萌发有关。     

温敏雄性不育水稻培矮64S花药发育过程中钙的变化

采用焦锑酸钾沉淀法研究了温敏雄性不育水稻(Oryza sativa L.)培矮64S在高温引起雄性不育与正常可育花药发育过种中Ca2+的分布变化.结果表明,当培矮64S生长在较高温度条件下引起雄性不育,与可育花药相比,不育花粉母细胞中有较多的液泡、较多的Ca2+沉积和较少的线粒体,并且有较多的Ca2+沉积在不育花药的中间层、表皮层和绒毡层中.到四分体与单细胞花粉时期,不育花药的木质部细胞的次生加厚壁上有较多的Ca2+沉淀,连接组织中的Ca2+沉淀也大大增加,所有不育花粉外壁较厚而发育都不正常.在单核细胞早期,不育花粉的四分体细胞中有较明显的大液泡出现.不育花药中的Ca2+在花药发育的各时期均比可育花药要多.这些结果说明在高温生长条件下,花粉母细胞发育的异常、花药中Ca2+沉积的增加、绒毡层与花粉外壁发育的异常可能与培矮64S花粉败育相关.     

Ca2+预处理对热胁迫下辣椒叶肉细胞中Ca2+-ATP酶活性的影响

在常温下生长的辣椒(Capsicum annum L.)叶肉细胞中Ca2+-ATP酶主要分布于质膜、液泡膜上,叶绿体的基质和基粒片层上也有少量分布;在40℃下热胁迫不同的时间,酶活性逐渐下降,直至叶绿体超微结构解体.同样条件下,经过Ca2+预处理后,分布在上述细胞器膜或片层上的酶活性大大提高,表明Ca2+预处理对该酶活性具有激活作用;Ca2+预处理对热胁迫下的超微结构的完整性具有一定的保护作用,并且能使Ca2+-ATP酶在热胁迫下维持较高活性.结果表明,Ca2+预处理增强辣椒幼苗的抗热性,可能与其稳定细胞膜、从而使Ca2+-ATP酶在热胁迫下保持较高活性有一定关系.     

不同类型水稻不育系药隔发育过程中Ca2+的分布变化

采用焦锑酸钾沉淀法研究了不同类型水稻不育系与其相应保持系及其可育花药药隔发育过程中Ca^2＋的分布变化。结果显示在正常花药的发育过程中,药隔中的Ca^2＋呈以下变化规律：（1）花药发育早期药隔中的Ca^2＋沉淀很少;（2）随着花药的发育,药隔中的Ca^2＋沉淀增加,木质部细胞的次生加厚壁上有较多的Ca^2＋沉淀,连接组织中的Ca^2＋沉淀也大大增加;（3）到了花粉内容物充实后期及成熟花粉时期,药隔中的Ca^2＋又略有减少。而不育花药药隔中的Ca^2＋在花药发育的各时期均比可育花药要多。败育类型不同,药隔中出现大量Ca^2＋沉淀的时期也不同,无花粉型不育系在花粉母细胞时期药隔中就有大量Ca^2＋沉淀,而农垦58S从单核花粉时期约隔中才出现大量Ca^2＋沉淀。实验结果表明：Ca^2＋在不同类型的不育水稻中呈现出一定的规律性变化,药隔中Ca^2＋的异常分布可能与水稻花粉的败育有关。     

叶用芥菜细胞质雄性不育系0912A的胞质效应和杂种优势分析

通过异地多代的育性鉴定及花器形态观察来调查叶用芥菜细胞质雄性不育系0912A的不育性及结籽能力;同时分别以不育系0912A和其保持系0912B为母本,与5个典型叶用芥菜自交系配成10个同核异质的杂交种,以研究hau胞质的胞质效应并测定杂种优势.结果显示:该不育系败育彻底稳定,不育株率和不育度均为100％,有正常的结籽能力;不育系杂种一代与产最相关性状的杂种优势明显,但品质性状无优势;hau胞质在单株重上的负效应较明显,在其他性状上的负效应相对较弱,但hau胞质组合F1的单株重杂种优势依然显著,且胞质效应受杂交父本核影响,通过选择合适的杂交父本配组,细胞质的负效应可以减轻或消除.     

水稻雄性不育系花药微量热分析

采用LKB2277生物活性检测器,对核-质互作雄性不育水稻不育系紫稻A、野败型不育系珍汕97A,红莲型不育系红莲粤泰A和马协型不育系马协A等4个不育系以及1个保持系紫稻B的花药进行了37℃条件下等温呼吸曲线的测定,微量热分析结果表明,每一不育系都具有一特征曲线,等温曲线的幅度高低和走势与花药中花粉粒的败育程度呈睚相关,这与我们的细胞学观察结果相一致。以紫稻A败育最彻底,其呼吸曲线幅度最低,能量代谢最不活跃;余者呼吸曲线幅度递增,依次为珍汕97A,马协A,和红莲粤泰A,最后为紫稻保持系B。     

水稻红莲型细胞质雄性不育系小孢子发育过程中的花药蛋白质分析(英文)

水稻不育系的不育机理至今尚未搞清。本工作对红莲型不育系小孢子发育过程中花药蛋白质的变化进行了分析,为从分子水平阐明其不育机理奠定基础。分别在不育系（A）、保持系（B）、杂种一代（F1）和恢复系（R）的花粉母细胞单核、二核及三核四分体时期取花药,匀浆、反复离心制备上清液、定量后,做不连续Bis－Acr凝胶电泳、染色,观察其蛋白电泳条带的变化。结果见Fig．1＆2和Tab．1：大多数主要的、表达量大的蛋白质在二核期前后（花粉败育时期）,没有明显变化,这些蛋白与败育无关。条带X、XI随着小孢子发育过程出现变化,但它们在A、B、F1和R中的表达行为变化一致,也与败育无关。条带Ⅰ、Ⅱ在不育系中不表达,条带Ⅲ为不育系所特有,条带Ⅳ在单核期以后出现,条带Ⅶ在二核期受到抑制,它们均可能与育性有关。A、F1中均有条带Ⅴ表达,说明该编码基因是由不育系遗传到F1中的,它与育性无关;而R、F1系中均有条带Ⅵ、Ⅷ表达,该编码基因可能是由恢复系遗传到F1中的,可能涉及F1的育性恢复。     

水稻细胞质雄性不育系幼穗发育过程中多胺与乙烯的关系初探(英文 )

利用ＨＰＬＣ和ＧＣ分别测定了水稻细胞质雄性不育系及其保持系幼穗多胺（ 腐胺,亚精胺和精胺） 含量和乙烯释放速率,并研究了外施多胺合成抑制剂ＭＧＢＧ 和乙烯前体ＡＣＣ生成抑制剂ＡＶＧ 对两系幼穗多胺含量和乙烯释放速率以及花粉育性的影响。结果表明, 不育系幼穗乙烯释放速率显著高于其保持系幼穗, 外施ＡＶＧ 引起两系幼穗乙烯释放速率下降,并使不育系花粉育性得以部分恢复; 不育系幼穗多胺含量显著低于保持系幼穗, 外施ＭＧＢＧ 使两系幼穗Ｓｐｄ 和Ｓｐｍ 含量下降, 并使保持系花粉育性降低。外施ＡＶＧ 抑制乙烯释放,促进多胺合成;而外施ＭＧＢＧ 抑制Ｓｐｄ和Ｓｐｍ 合成, 却促进乙烯的释放; 而且,乙烯释放速率与多胺（精胺和亚精胺） 含量呈显著负相关。提示在水稻ＣＭＳ 系及其保持系幼穗发育过程中乙烯与多胺（ 精胺和亚精胺） 的生物合成竞争ＳＡＭ。     

甜椒雄性不育两用系AB91不育株与可育株花药同工酶分析

通过聚丙烯酰胺凝胶电泳法（PAGE）对甜椒核雄性不育两用系AB91不育株与可育株的花药过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和酯酶（EST）同工酶谱带的分析,以及对其超氧化物歧化酶（SOD）同工酶活性的分析结果表明,这几种同工酶的活性和谱带均与不育性有一定的关系,具体表现为POD、CAT、EST在不育株谱带数少,而可育株谱带数多;POD、SOD的活性不育株高于可育株,而CAT、EST的活性则是可育株高于不育株。     

水稻红莲型细胞质雄性不育系小孢子不同发育时期花药总蛋白质比较分析

采用双向凝胶电泳对水稻红莲型细胞质雄性不育的不育系小孢子发育单核期和二核期花药总蛋白进行了分离,通过银染显色,获得了分辨率和重复性较好的双向电泳图谱,且单核期和二核期花药总蛋白质在双向电泳胶上分布的图谱十分相似。PDQuest 2DE图像分析软件在等电点(pI)3.0~10.0、分子量(M.W.)9.0~98.0 kD之间可识别约1 800个蛋白质点。比较分析发现单核期和二核期花药中共有241个差异表达的蛋白质点,其中仅在单核期中表达的点数为125,仅在二核期中表达的为13点;表现为表达量差异的105点,其中在二核期表达下调的点数为70点,表达上调的为33点。还对蛋白质点集中的区域(pI 4.5~8.0,M.W.25.0~70.0 kD)中的41个差异蛋白质点进行了分子量和等电点分析。     

马协型水稻细胞质雄性不育系线粒体基因组的变异与功能的研究

马协型水稻细胞质雄性不育系是近年培育并广泛应用的一种新型不育系。利用Southern blot、Northern blot和Blue-native PAGE电泳等技术对其线粒体基因组的变异和功能进行研究,分析其雄性不育的分子机理。发现其不育系线粒体基因组中除有一个正常的cox2基因外还存在一个多余的拷贝,且分别转录成不同的转录本。Blue-native PAGE电泳显示,不育系线粒体呼吸链复合物IV的活性明显低于保持系。     

不结球白菜雄性不育系及其保持系花药发育的细胞学观察

以不结球白菜（Brassica campestris ssp．chinensis Makino）雄性不育系及其保持系为试验材料,选择不同发育阶段的花蕾,取其花药,制成石蜡切片和超薄切片,经染色后在电子显微镜下观察。结果表明,不结球白菜雄性不育系与保持系的花药发育有明显的不同：不育系花药发育受阻于花粉母细胞分化期,形成1～3个药室,并形成正常的四分体小孢子,此时细胞组织逐步解体,形成空腔花药;最后向内皱缩;保持系花粉母细胞能形成正常的四分体,进而形成小孢子,最终形成充满正常花粉粒的花药。     

红莲型水稻细胞质雄性不育花粉总蛋白质初步比较分析

采用固相pH梯度/SDS-PAGE双向电泳对红莲型细胞质雄性不育水稻的不育系(YTA)和保持系(YTB)二核期花粉总蛋白质进行了分离,通过银染显色,获得了分辨率和重复性较好的双向电泳图谱。用PDQuest2DE软件可识别约1500个蛋白质点,其中差异表达的蛋白质点数为120。将其中15个差异点采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(matrix assisted laser desorption/ionizaton time of flight mass spectrometry,MALDI-TOF-MS)进行了肽质指纹图分析,通过采用Mascot软件对MSDB数据库查询,其中7个蛋白质点得到了鉴定。YTA相对于YTB有部分参与物质和能量代谢的蛋白质缺失或表达量降低,这些蛋白质分别是水稻线粒体H -转运ATPase(H -ATPase)α链、盐诱导型膜联蛋白、线粒体NAD -依赖型苹果酶和磷酸核糖焦磷酸合成酶等。这些蛋白质的表达下调或缺失可能与线粒体提供能量不足而导致的花粉不能正常发育有关。线粒体电压依赖性阴离子通道(VDAC)这一重要蛋白质在YTA中的上调表达有可能与花粉败育过程中细胞的程序性死亡相关。