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...     

iaaL基因在烟草绒毡层中的特异表达对花粉胚胎发生的影响

来源于丁香假单孢杆菌的吲哚乙酰胺赖氨酸酯合成酶(indoleacetic acid-ly-sine synthetase)基因(iaaL)与来自烟草的在花药绒毡层特异表达(tapetal-specific)的启动子TA29融合后导入烟草,在转基因烟草中研究了这种嵌合基因的表达特性,并测定了各器官内源生长素水平.结果表明:TA29启动子只能启动iaaL基因在转基因植株的花药中特异表达,并导致转基因植株花药内源IAA含量的下降,但在完整植株上并没有对花药的正常发育造成明显的影响.当转基因植株的花药在不附加任何激素的改良Nistch H(NH)培养基上培养时,花粉胚胎发生频率下降至11%(对照在50%以上);当在NH培养基上补加0.2mg/L IAA时,转基因植株的花粉胚胎发生频率恢复到与对照相当(达55.7%),由此说明花药绒毡层细胞中IAA的代谢对花药培养中花粉胚的发育具有重要的意义.     

水稻花药绒毡层特异表达基因RA39的克隆与表达特性分析

利用cDNA减法杂交,差异杂交筛选和RACE等技术。从水稻（Orza sativaL.ssp.japonica)中克隆了一个新的绒毡层特异性cDNA,其编码基因被命名为RA39。该cDNA长1013bp。编码由298个氨基酸残基组成的多肽RA39是一个单拷贝基因。在绒毡层细胞中特异性表达。在小孢子母细胞减数分裂期的绒毡层细胞中有较高的表达活性。用PSORT和PPSEARCH软件进行的结构分析揭示出RA39蛋白的N端是一个由17个氨基酸残基组成的信号肽,该蛋白包含一个跨膜区和一个胞质尾区两个主要结构域以及多个蛋白激酶的磷酸化位点。     

水稻花药绒毡层特异表达基因RA39的克隆与表达特性分析

利用cDNA减法杂交、差异杂交筛选和RACE等技术,从水稻(Oryza sativa L. ssp. japonica)中克隆了一个新的绒毡层特异性cDNA,其编码基因被命名为RA39.该cDNA长1 013 bp, 编码由298个氨基酸残基组成的多肽.RA39是一个单拷贝基因,在绒毡层细胞中特异性表达,在小孢子母细胞减数分裂期的绒毡层细胞中有较高的表达活性.用PSORT和PPSEARCH软件进行的结构分析揭示出RA39蛋白的N端是一个由17个氨基酸残基组成的信号肽,该蛋白包含一个跨膜区和一个胞质尾区两个主要结构域以及多个蛋白激酶的磷酸化位点.     

TA29—Barnase基因导致油菜雄性不育的研究

利用杂种优势可以使作物达到高产优质的目的,而杂种优势利用的主要途径之一是作物雄性不育性的利用。由于传统育种方法的费时费力,所以通过基因工程法来快速获得作物雄性不育系,已被国内外学者广为重视,并有了相关的报道[1～3]。但这些转基因不育系很少是生产品种,其不育性稳定情况也少有探讨。本文通过根癌农杆菌介导法,将TA29-Barnase雄性不育基因转化到油菜生产品种中,并就其分子学和生物学检测及其不育性稳定情况作一简要报道。1　材料和方法1.1　植物材料及农杆菌菌株植物转化材料为优质高产的甘蓝型油菜(Brassicanapus)生产品种“浙…     

ST273是拟南芥绒毡层和小孢子发育的必需基因

绒毡层在拟南芥花药花粉发育过程中具有重要作用,包括分泌降解胼胝质的胼胝质酶、为花粉壁的形成提供原料以及为小孢子发育提供营养物质.本文通过对拟南芥雄性不育突变体st273的分析,研究了ST273基因在花药花粉发育过程中的功能.st273是通过T-DNA插入诱变野生型拟南芥得到的一株突变体,遗传分析表明st273是单隐性核基因控制的.利用图位克隆的方法对不育基因ST273进行了定位,结果表明ST273基因与拟南芥第三条染色体上分子标记CIW11连锁.生物信息学分析发现该分子标记附近有一个调控花粉发育的基因TDF1.测序分析结果表明在st273突变体中,TDF1基因第三个外显子上459位的碱基发生了由G459变成了A459的单碱基变化,导致ST273基因该位点提前终止突变.等位分析结果表明st273与tdf1是等位突变体.st273突变体营养生长期发育正常,但生殖生长发育出现异常.亚历山大染色结果显示st273突变体花药中没有花粉.组织切片观察结果表明,突变体花药绒毡层异常肥大且空泡化,四分体不能正常释放小孢子,最终无法形成花粉.这些结果揭示了ST273蛋白质参与调控了绒毡层和小孢子发育过程.     

iaaM基因在烟草花粉中的表达及其在花粉发育中的作用

试验利用花粉特异表达的启动子（Lat52)和绒毡层特异表达的启动子（TA29）引导外源生长素合成代谢基因（iaaM)在烟草花粉中表达以研究生长素在花粉发育中的作用。转Lat52-iaaM基因或转TA29－iaaM基因烟草在形态上表现出变异,如从茎上形成不定根,叶呈卷曲状等典型的生长素表达的性状。另外,与对照相比,转基因烟草花药中IAA水平显著增加,且植株矮化,开花期推迟,有的转基因烟草未能开花。上述现象表明：Lat52和TA29启动子的表达并不仅限于花粉或绒毡层,或者说这两个启动子的表达有些泄漏。转基因烟草的花药形状有较大的变异,早期的每个花药中花粉数明显减少,但这些花粉可被醋酸－洋红染色。所有能开花的转基因烟草均可收到种子,但收自某些转基因株系的种子不能萌发。所有这些结果表明生长素在花粉发育过程中起重要作用,过量的生长素会导致花粉发育的异常。     

导入Ghabpl基因对烟草叶细胞发育的影响

将棉花生长素结合蛋白基因cDNA与CaMV35S启动子和NOS终止子融合,构建了一个新的表达载体pGABPl—121,采用农杆菌介导法转化烟草,经过分化、筛选和再生,得到了具有卡那霉素抗性的植株。抗性植株经PCR及Southern杂交检测,证明外源目的基因已经整合到烟草基因组中。扫描电镜观察发现转基因烟草与对照相比叶细胞增大,结果表明,棉花生长素结合蛋白基因的表达影响了烟草叶细胞的发育。     

花粉发育的研究进展

近年来,随着现代生物学技术及分子生物学技术在花粉生物学研究领域中广泛的应用,从而使花粉发育过程中一些关键问题及其有关分子机理的研究均获得了重要进展。目前已克隆了许多与花粉发育有关的基因,并鉴定了一些花粉发育的突变体。本文针对花粉发育过程中的细胞质改组;胼胝质壁、淀粉粒和细胞器的动态变化;绒毡层的发育;花粉发育特异基因;以及不对称分裂和细胞命运等几个生物学问题的研究进展作了简要综述,最后还提出了一些研究展望。     

导入Ghabp1基因对烟草叶细胞发育的影响

将棉花生长素结合蛋白基因cDNA与CaMV35S启动子和NOS终止子融合,构建了一个新的表达载体pGABP1-121,采用农杆菌介导法转化烟草,经过分化、筛选和再生,得到了具有卡那霉素抗性的植株。抗性植株经PCR及Southern杂交检测,证明外源目的基因已经整合到烟草基因组中。扫描电镜观察发现转基因烟草与对照相比叶细胞增大,结果表明,棉花生长素结合蛋白基因的表达影响了烟草叶细胞的发育。     

Effects of Introducing the Chimaeric Gene TA29 Barnase on the Tapetum and Pollen Development in Tobacco

The development of tapetum and pollen in transgenic tobacco (Nicotiana tabacum L. ) harboring a chimaeric gene TA29-Barnase was compared with that of the wild-type plant. The specific expression of the exogenous genes in anther led to premature tapetal degradation, which started at the early stage of meiosis and terminated at the tetrad stage. In the wild-type anthers, tapetal degradation started at the early stage of bicellular microgametophyte and ended at the later stage of pollen development. The cytological changes of tapetal degradation in the transgenic plants were characterized by vacuolization of the tapetal cells, then nuclear condensation, and consequent massive degradation of tapetal cells. Meanwhile, the pollen mother cells gradually degraded and became destroyed along with the progress of meiosis, leaving only a few which could successfully complete their meiosis to form microspores. This observation also indicated that the TA29-Barnase gene in anther was not uniformly expressed. In addition, the structural difference between the male sterility induced by exogenous gene and the natural sterile was also discussed.     

调控拟南芥花粉发育突变体zy1511的基因定位及特征分析

为了进一步研究花药花粉发育过程,我们通过EMS诱变,筛选到拟南芥雄性不育突变体zy1511。遗传分析表明,zy1511为隐性单位点突变。细胞学观察表明．突变体花药中小孢子从四分体释放出后绒毡层并没有开始退化,花药发育后期绒毡层依然部分存在。说明突变体花药绒毡层退化比野生型的要迟,因此,小孢子不能发育成正常花粉粒。利用图位克隆的方法将zv1511定位于第一条染色体上分子标记F25P12和T8L23之间134．kb的区间内。本项工作为zy1511基因的克隆及对花粉发育功能分析奠定了基础。目前尚未见到该区间内雄性不育基因的报道。因此,zy1511是控制花粉发育的尚未发现的关键基因。     

西瓜绒毡层和花粉发育的进一步观察

绒毡层为１层同型细胞,腺质性,幼期他药壁层相似,减数分裂开始后表现出自己独有的特点,小孢子母细胞纤维素壁生存到四分体时期,随着小孢子外壁出现而消失。四分体时期,小孢子发育出网状原覆盖层和柱状原基粒棒。成熟花粉属２－细胞型,含丰富淀粉和脂烃物质,生殖细胞具有流线型结构,呈梭形或柳叶形。营养核与生殖细胞联系密切。     

杉木雄性不育株与可育株小孢子囊发育的电镜研究

杉木雄性不育属“无花粉型”,败育从无也原细胞押分体时期、中层细胞增生,压迫小孢子母细胞,使之养分更加缺乏并引起减烽分裂异常。其表皮层和药室内壁细胞中具大量蛋白体,影响了绒毡层对小孢子发育的外源蛋白的供应;表皮层具膜状溶酶体,引起淀粉粒缺乏和酶系统代谢异常;绒毡层发育后期,缺少包被小泡,乌氏体及绒毡层膜,内质网少,短而光滑,严重影响了绒毡层对小孢子母细胞或小孢子养分和合成细胞壁物质的供给;     

杉木雄性不育株与可育株小孢子囊发育的电镜研究

杉木雄性不育属“无花粉型”,败育从无孢原细胞到四分体时期,中层细胞增生,压迫小孢子母细胞,使之养分更加缺乏并引起减数分裂异常。其表皮层和药室内壁细胞中具大量蛋白体,影响了绒毡层对小孢子发育的外源蛋白的供应;表皮层具膜状溶酶体,引起淀粉粒缺乏和酶系统代谢异常;绒毡层发育后期,缺少包被小泡、乌氏体及绒毡层膜,内质同少、短而光滑,严重影响了绒毡层对小孢子母细胞或小孢子养分和合成细胞壁物质的供给;线粒体发育异常,能量代谢减弱,导致小孢子母细胞或小孢子一系列生理活动紊乱及其原生质体解体。     

大肠杆菌海藻糖合成酶基因对提高烟草抗逆性能的研究

编码大肠杆菌海藻糖合成酶的otsA基因由农杆菌介导引入野生型烟草植株并在花椰菜花叶病毒启动子序列 (CaMV35S)控制下获得表达。蒸发光散射高效液相层析法测定海藻糖实验表明 ,转基因烟草能够合成海藻糖 ,合成量达 1 4μg g叶片湿重 ;转基因烟草表现为耐盐性生长、干燥失重缓慢等抗逆表型。说明海藻糖合成酶otsA基因的引入 ,改变了烟草的糖代谢途径 ,同时也提高了植物的耐盐碱、耐干旱特性。     

氮素形态对烤烟光合特性影响的研究

１９９６～１９９７年连续二年进行了固定氮素用量,改变铵态、硝态氮肥的施用比例试验,对烤烟的一些光合生理特性进行了研究。试验结果表明,在烤烟生长前、中期,增施铵态氮施用比例,烤烟的叶绿素含量增加,但达１００％铵态氮时,叶绿素含量反而下降,低于施用５０％和７５％铵态氮的处理;在烤烟生长后期,功能叶片叶绿素含量基本上与施用铵态氮比例高低一致,以１００％铵态氮处理的叶绿素含量最高。另外增加铵态氮施用比例,烤烟功能叶片的希尔反应活性及光合磷酸化活性有所提高,但Ｐ／Ｏ比值基本不变。从叶绿素诱导荧光动力学特征参数及比值情况来看：增加铵态氮施用比例,Ｆｍ和Ｆｖ值升高;几种荧光参数的比值如Ｆｄ／Ｆｓ、Ｆｖ／Ｆｏ、Ｆｖ／Ｆｍ比值有所上升,但均以２５％硝态氮＋７５％铵态氮的处理最高;并且其烤后烟叶的产量最高、品质最好。     

KCN和NaN3预处理对烟草愈伤组织抗氰呼吸的影响

用０．５ ｍ ｍ ｏｌ／Ｌ ＫＣＮ 或０．０１ ｍ ｍ ｏｌ／Ｌ ＮａＮ３ 预处理继代培养２５ ｄ 的“甘肃黄花烟草”（Ｎｉｃｏｔｉａｎａ ｒｕｓｔｉｃａ Ｌ． ｃｖ． Ｇａｎｓｕ ｙｅｌｌｏｗ ｆｌｏｗ ｅｒ）愈伤组织对其呼吸作用有明显的影响。ＫＣＮ 和ＮａＮ３ 预处理１２ ｈ 可分别使愈伤组织的总呼吸速率下降１２％ 和１７％ ,细胞色素途径的实际运行量分别下降２２％ 和２８％ ;抗氰交替途径在最大容量（Ｖａｌｔ）基本不变的情况下,实际运行量（ρ·Ｖａｌｔ）不但未随总呼吸速率和细胞色素途径运行量的下降而降低,反而还略有上升。结果导致细胞色素途径对总呼吸的贡献下降而抗氰交替途径对总呼吸的贡献上升。ＫＣＮ 预处理２４ ｈ,细胞色素途径的实际运行量虽略有回升,但仍低于对照;ＮａＮ３ 预处理２４ ｈ 则使细胞色素途径运行继续下降而交替途径运行持续上升。上述结果表明,在继代培养的烟草愈伤组织中,当细胞色素主路途径被部分抑制后交替途径的电子流量明显加强,从而起着一种补偿作用     

烟草花叶病毒外壳蛋白的基因导入和转化烟株的再生

用T-DNA区携有嵌合的烟草花叶病毒外壳蛋白基因和卡那霉素抗性基因(NPTⅡ)的土壤农杆菌株pACK403和pACK404与烟草品种SRl和斯佩特G-28单倍体无菌菌叶碟片进行共培养转化。转化后的叶碟片在含有头孢噻肟钠500毫克/升和卡那霉索300毫克/升的培养基上诱导芽,在含有头孢噻肟钠500毫克/升和卡那霉素100毫克/升的培养基上诱导生根。Nopaline测定,烟草花叶病毒外壳蛋白基因的表达检测、转化烟株对烟草花叶病毒侵染抗性的检测结果证明:用这种方法能可靠地将外源基因导入烟草,并能在转化烟株中表达。再生得到的转化烟株在烟草花叶病毒强感染情况下能延迟病症表现4—25天。