王华忠[1]2007年在《单胚甜菜细胞质雄性不育遗传机制及其利用研究》文中研究指明甜菜(Beta vulgaris L．)是我国重要的糖料作物。欧美诸国早已不用产量偏低的甜菜多胚品种，利用单胚雄性不育的高产型品种是当今世界甜菜育种的主流，也是我国甜菜育种的主攻目标。利用单胚雄性不育系配制杂交种的优点是，制种省力，杂交率高，原种可控，杂种高产，单胚种子便于机械化精量点播和纸筒育苗移栽。但我国甜菜单胚雄性不育的研究和利用差距较大。某些甜菜细胞质雄性不育(CMS)的研究结果，与其他作物间以及不同研究者间比较，还存在一些差异和空白。因此，基于上述情况，本研究主要以2对单胚甜菜细胞质雄性不育系(CMS系)和保持系(甜菜特称O型系)为试验材料，比较系统地进行细胞形态、超微结构、生理生化、分子标记、系统选育等研究，以探明甜菜雄性不育的花粉败育特征与时期，明确甜菜雄性不育的生理生化反应与表现，探索分子标记对甜菜的分类和遗传基础分析技术，为种质资源引进和亲本选配，分子标记辅助选择育种奠定技术基础，为阐明雄性不育机制及其利用提供理论依据。主要研究内容和结论如下：1、单胚甜菜不育系及其保持系的形态学与细胞学以及超微结构研究。采用田间调查、光学显微镜和电子显微镜观察，对不育系及其保持系的花药、花粉、雌蕊的生物学特性及发育过程分别进行比较观察。结果表明，不育系花药和花粉的形态与细胞明显异常。本研究的新发现是，甜菜形成四分体的胼胝质壁间存在胞间连丝结构，不育系绒毡层虽产生乌氏体颗粒，但2-3个相互粘连而停止发育。甜菜不育系花药和花粉败育过程大体划分为4个阶段，本研究将败育初期确定在四分体时期的绒毡层与中层脱离开始，与以往认为败育初期在四分体时期以后的看法有所不同。对甜菜雌蕊进行解剖学和超微结构等系统观察在国内尚属首例，表明不育系及其保持系的柱头、子房、胚珠、胚囊形态结构基本相似，但发现了雌蕊子房壁的小型细胞中含有结晶，蜜腺的分泌细胞有大量淀粉颗粒，单胚种存在极少的双胚珠现象。2、单胚甜菜CMS与内源激素含量关系的研究。采用间接酶联免疫(ELISA)检测技术，分析营养生长期和生殖生长期的功能叶片和花蕾中的生长素、细胞分裂素、脱落酸、赤霉素4大类内源激素含量和比值变化。结果表明，在营养生长的糖分积累期ABA、IAA、GA_3均为保持系高于不育系达显着差异，而DHZR、IPA、ZR在营养生长期间均差异不显着；在开花初期的叶片，除IPA外，IAA、ABA、DHZR、ZR、GA_3均为保持系高于不育系；饱满花蕾的IAA、ABA、ZR、GA_3均为保持系高于不育系。甜菜激素变化较有规律的时期和器官依次为开花盛期的饱满花蕾、开花初期的叶片和和营养生长阶段糖分积累期的叶片。在上述3个时期，甜菜不育系与保持系比较，不育系的IAA／ABA、ZR／ABA和GA_3／ABA比值分别为保持系的0.55倍、1.43倍、1.64倍；2.66倍、1.55倍、1.49倍；1.14倍、1.60倍、1.53倍。从内源激素含量变化与甜菜CMS相关密切程度来看则为ABA＞IAA＞GA_3＞ZR；从内源激素的比值或平衡与甜菜CMS相关影响程度而言，在营养生长期平均为ZR／ABA＞GA_3／ABA＞IAA／ABA，开花初期的叶片为IAA／ABA＞ZR／ABA＞GA_3／ABA，饱满花蕾是GA_3／ABA＞ZR／ABA＞IAA／ABA。研究表明在甜菜营养生长和生殖生长阶段激素含量与CMS均存在相关影响，甜菜CMS和内源激素ABA、IAA、GA_3的含量降低及其激素间的比例平衡有关。与以前的研究结果有所差异。3、单胚甜菜CMS与几种酶活性关系的研究。在生殖生长期，取单胚甜菜不育系及其保持系的花和叶为试样，测定抗坏血酸氧化酶(Ascorbate oxidase，ASO)、超氧化物歧化酶(S uperoxidedismutase，SOD)、过氧化物酶(Peroxidase，POD)及过氧化氢酶(Catalase，CAT)4种酶的活性。结果表明，甜菜CMS的发生和ASO、POD及SOD的活性降低有关，从保持系高于不育系的酶活性倍数看，开花期叶片ASO活性平均为3.62倍，花蕾POD活性平均为2.19倍，花蕾SOD活性平均为1.10倍。而CAT活性在整个生殖生长阶段无明显差异。4、单胚甜菜不育系及其保持系的SRAP与SSR分子标记分析。采用SRAP和SSR两种分子标记方法相结合，对甜菜单胚不育系及其保持系等49份材料进行遗传多样性分析。利用4个表型差异显着的甜菜品系对SRAP的64对引物组合及SSR的11对引物组合进行扩增，分别筛选出有效引物组合11对和9对。SRAP的11对引物组合共产生199条扩增带，其中有86条多态性带，多态性带的比率平均为43.7％。SSR的9对引物共产生35条扩增带，多态性比率为100％。在遗传距离0.20处，将49个甜菜材料划分为A、B、C、D 4个类群，而D类群又分为4个亚类，较好地显示了甜菜材料丰富的遗传多样性。5个不同群体间的遗传相似系数比较，多胚四倍体品系0.7264＞单胚杂交组合0.7243＞国外品种0.7060＞多胚二倍体品系0.6908＞单胚品系0.6837。表明不同甜菜品种具有相当高的异质性，国外与国内材料的遗传基础存在一定差异，但生产应用的甜菜品种间存在亲缘关系较近、遗传基础较窄的倾向。单胚不育系及其保持系被分为A、B两类，这可能是由于回交改良过程中，导入了不同的基因背景所致。5、利用同步改良、轮回选择、基因型与环境互作选择法提高单胚甜菜不育系的丰产性和抗病性研究。以国外引进的单胚雄性不育材料为不育源，利用国产优良纯合型多胚保持系的高糖抗病基因对单胚不育系及其保持系进行同步核置换，使含糖率比原亲本提高2度以上，抗病性提高1.5级。以此为基础群体，在病地和非病地同步鉴定，采用轮回选择以及基因型与环境互作选择法筛选，结果表明，群体丰产性与抗病性得到同步提高，与基础群体比较，测交改良群体和全姊妹改良群体的单胚不育系的根产量在非病地分别提高14％和7％，在病地分别提高35％和3％。表明该方法是甜菜育种和种质改良的有效途径。
贺学勤[2]2001年在《甜菜胞质雄性不育系及其保持系的某些生理特性差异》文中研究说明通过对甜菜细胞质雄性不育系 212A、2033－1、2034－1及其保持系 212B、2033-2、2034-2在营养生长阶段和生殖生长阶段的生理特性的比较 分析，结果表明：(1)无论在营养生长阶段还是生殖生长阶段，不育系 中细胞色素氧化酶的活性低于其保持系。(2)在营养生长阶段，不育系 叶片中ATP酶的活性低于保持系。生殖生长阶段不育系花蕾极其下位叶中 ATP酶的活性低于其保持系。(3)在生殖生长阶段不育系花蕾及其下位叶 中6-P葡萄糖脱氢酶的活性高于其保持系。(4)在营养生长阶段，不育系 叶片中过氧化氢酶的活性高于其保持系。在生殖生长阶段不育系花蕾及其 下位叶中过氧化物酶、过氧化氢酶的活性高于其保持系。(5)在生殖生 长阶段不育系花蕾中GA3的含量低于其保持系。通过以上结果认为，甜菜 的CMS与能量代谢之间存在一定的关系。
孔艳娥[3]2009年在《茎芥菜胞质四倍体不结球白菜雄性不育新种质生物学及杂种优势研究》文中指出本研究以不结球白菜茎芥菜胞质雄性不育系(4x MtCMS)及保持系为材料,对4x MtCMS及其保持系的解剖学、一些生理生化特性、光合特性、农艺学性状、品质性状及其杂种优势、配合力进行了研究。主要内容如下：1.以茎芥菜胞质雄性不育系与四倍体白菜杂交获得的4x MtCMS及其保持系为材料,采用石蜡切片法研究其花药发育过程及叶片解剖结构。结果显示：4x MtCMS与保持系花药发育差异明显,4x MtCMS为结构性雄性不育,其退化或畸形雄蕊分为5种类型：盾状雄蕊、条状雄蕊、片状雄蕊、羽状雄蕊和瓣状雄蕊。该不育系花药发育败育有两个时期,盾状雄蕊花药败育于孢原细胞分化期,雄蕊整个发育时期均处在孢原细胞分化期,无绒毡层与花粉母细胞的分化,不形成药室,属孢子体败育型；其它类型雄蕊,花药败育发生在雄蕊原基分化时期,由于雄蕊原基偏离正常的分化轨道,形成瓣状化雄蕊。2.对4x MtCMS及其保持系不同发育阶段的花蕾、花和(?)叶中的可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛含量及其超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性的变化进行研究,并对其同工酶谱进行分析,结果表明：4xMtCMS花及花蕾中可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量均显着低于相应保持系；而丙二醛(MDA)含量高于保持系；花蕾中SOD活性4x MtCMS低于保持系；除大花蕾中4x MtCMS CAT活性显着高于保持系外,其它花蕾中POD、CAT活性均是4x MtCMS低于相应保持系,4x MtCMS(?)叶中可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量与保持系无显着差异,MDA含量、POD、SOD、CAT活性均4x MtCMS低于于保持系；POD、SOD、EST同工酶电泳结果显示：4x MtCMS与保持系间存在8条差异带,保持系同工酶酶谱条带比4x MtCMS丰富。3.以4x MtCMS及其保持系为材料,在晴天采用Li-6400型便携式全自动光合测定系统测定叶片的光合特性差异。结果表明：不育系叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量和叶绿素／类胡萝卜素均低于其保持系,而叶绿素a／b、类胡萝卜素含量低于保持系。4x MtCMS和保持系净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、水分利用率(WUE)均有差异,但它们的日变化趋势一致。不育系和保持系Pn、Gs随光强增大而增大,而Ci随着光强增强而缓慢下降,且保持系的Pn、Gs、Ci均高于相应不育系；保持系光饱和点(LSP)、C02饱和点、均高于相应不育系,而不育系光补偿点(LCP)、CO2补偿点、表观量子效率和羧化效率高于其保持系。4.采用不完全双列杂交方法,分析6个四倍体不结球白菜亲本和15个F1杂交组合的16个农艺性状进行配合力分析,结果表明：16个农艺性状的遗传均受基因加性效应、显性效应和互作效应作用,但加性效应更加重要；07P-7农艺性状的一般配合力(GCA)最好,是综合性状优良的亲本；07P-2可作为四倍体不结球白菜品质遗传改良的骨干亲本；不同性状间及同一性状不同组合间SCA效应值差异较大,GCA和SCA间不存在直接关系。根据SCA综合表现,07P-15×07P-10是一个较理想的组合,而07P-7×07P-15、07P-2×07P-10次之,同时由于07P-2×07P-6、07P-2×07P-7、07P-2×07P-8、07P-2×07P-10和07P-2×07P-15中均有07P-2这个雄性不育系,因此具有广阔的应用前景。5.本文对4x MtCMS及其保持系系农艺性状进行研究,并以4x MtCMS为母本,6个四倍体不结球白菜自交系为父本配制杂交组合,对4x MtCMS所配杂交组合进行杂种优势利用研究。结果表明：4x MtCMS平均每荚种子数及种子产量低于其相应保持系。与相应父母本相比,四倍体杂交组合杂种的株高增高、开展度增大、叶片数增多、叶面积增大、小区产量显着增加,品质性状显着高于父母本,杂种优势普遍存在,农艺性状的杂种优势较强,营养品质性状的杂种优势较弱。
侯建华, 田自华, 贺学勤, 张惠忠, 邵金旺[4]2003年在《甜菜胞质雄性不育系与保持系某些生理特性的差异》文中研究说明采用比较生理学的方法,对甜菜细胞质雄性不育系及其保持系生殖生长阶段的某些生理特性进行了研究。结果表明,甜菜细胞质雄性不育系的细胞色素氧化酶及ATP酶活性均表现为不育系低于其保持系;过氧化物酶和过氧化氢酶活性则表现为不育系高于其保持系,这反映线粒体内外末端氧化酶活性的高低可能与胞质雄性不育有一定关系;赤霉素含量表现为胞质雄性不育系低于其保持系。
李士龙[5]2010年在《甜菜细胞质雄性不育性的分子特性及育种应用研究》文中提出本研究通过对甜菜细胞质雄性不育性的分子特性及育种应用研究得到如下结论:通过对甜菜串联重复系列的研究,初步筛选出了VNTR1、VNTR2、VNTR3、VNTR4四对甜菜细胞质特异引物,可以明确区分出甜菜Owen型不育系、保持系、恢复系间在线粒体水平上的差异:甜菜不育系、保持系、恢复系的VNTR1的PCR差异片段分别为4、13、6次串联重复; VNTR2的PCR差异片段均为3次串联重复;VNTR3的PCR差异片段分别为2、3、3次串联重复;VNTR4的PCR差异片段分别为4、3、3次串联重复。随着甜菜花蕾的发育,甜菜花蕾O2-的产生效率呈逐渐增加趋势。不育系的O2-的产生效率明显高于保持系,在黄蕾期达到最大值。MDA含量不同发育阶段增加的速率不同。不育系的SOD活性明显高于相应的保持系。CAT活性不育系与保持系不同时期表现不同;而保持系则表现为花蕾初期和开花期低,中蕾期和黄蕾期高。POD活性在不育系和保持系的表现明显不同。不育系表现为初蕾期至中蕾期降低,而后逐渐升高,到开花期达到最大值。而保持系则表现为比较平稳。IAA的含量从甜菜花蕾形成初期开始,不育系花蕾中的IAA含量低于保持系花蕾中的含量。在花蕾形成初期,不育系和保持系花蕾中ABA含量达最高,到黄蕾期则降到最低点,此后ABA含量又逐渐回升,不育系中ABA含量始终高于保持系,花蕾发育前期不育系中GA3含量较保持系花蕾中明显低。在花粉粒成熟期时,不育系与保持系的基本持平。IPA含量与甜菜育性间的关系尚不明确,有待进一步研究。甜菜CMS系的DHZR含量在初蕾期、中蕾期和黄蕾期均显着低于保持系。从初蕾期到黄蕾期,是雄性不育花粉败育发生的关键时期,在此期间,ZR含量在不育系和保持系中体现不同,不育系花蕾中ZR含量相对上升较快,而保持系与不育系相比增加相对缓慢。不育系的花蕾与保持系花蕾中,可溶性糖分含量变化呈现出前期逐渐升高的趋势,在黄蕾期达到最高,在开花期最小。此外,甜菜不育系始终低于保持系。淀粉含量、可溶性蛋白质含量的变化规律在不育系和保持系间表现不明显。游离氨基酸含量甜菜不育系始终高于恢复系。研究表明栽培甜菜中叁种常见类型细胞质约占90.47%,而K-5型、Ho型及其他类型细胞质仅占不到10%。进一步说明了丰富甜菜细胞质类型的紧迫性和重要性。本次试验研究发现,在糖用甜菜品种中。“其它类型细胞质”仅占2.3%,说明了糖甜菜品种中细胞质类型比较单一;而在其它类型甜菜中发现的“其它类型细胞质”达到了9.5%,说明了这些类型甜菜品种中细胞质类型的遗传多样性丰富,是糖用甜菜拓宽其遗传基础的重要种质资源。本实验采用分子检测与常规育种技术相结合,可以提高甜菜保持系选育效率,较我们传统的方法选出率高15%以上。经过分子检测淘汰后,群体中出现不育株的概率大约提高10倍左右。
汤伟华[6]2008年在《同源四倍体不结球白菜Pol CMS及其保持系生物学特性研究》文中研究指明本文对二、四倍体不结球白菜Pol CMS系和保持系的解剖学、一些生理生化特性、光合特性、农艺学性状、品质性状及其杂种优势进行了研究。主要内容如下:1.以秋水仙素人工诱变获得的不结球白菜同源四倍体Pol CMS及其保持系为材料,采用石蜡切片法研究其花药发育过程。结果显示:四倍体Pol CMS与保持系花药发育差异明显,不育系花药发育受阻于孢原细胞分化期,不形成药室,属无花粉囊型。极少数温敏型花药能产生1～2个花粉囊,但四分体时期绒毡层提早退化,导致成熟小孢子数目减少。四倍体保持系花药发育过程与二倍体基本一致,同一时期的可育小孢子四倍体比二倍体大,二倍体花粉粒都为3个萌发孔,而四倍体多为4个萌发孔。四倍体保持系同一花粉囊中花粉粒发育有不同步现象,花粉粒败育频率比二倍体高。研究表明,不结球白菜同源四倍体Pol CMS比其二倍体Pol CMS不育更彻底,更具应用性。2.对二、四倍体不结球白菜Pol CMS系及其保持系不同发育阶段的花蕾和薹叶中的可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛含量及其超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性的变化进行研究,结果表明:二、四倍体不育系花蕾中可溶性蛋白、糖、脯氨酸含量均显着低于相应保持系,四倍体不育系花蕾中可溶性蛋白、糖、脯氨酸含量比二倍体不育系低,四倍体保持系则比二倍体保持系含量高;丙二醛(MDA)含量不育系均高于保持系,大蕾中达极显着水平。四倍体不育系和保持系MDA含量低于相应二倍体;除小蕾中不育系POD活性显着低于相应保持系外,其它花蕾中POD、SOD、CAT活性均是不育系高于相应保持系,在中、大花蕾中达显着水平。四倍体不育系和保持系花蕾中POD、SOD活性均低于相应二倍体,CAT活性则高于相应二倍体;不育系薹叶中可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量略低于保持系,且四倍体不育系和保持系略高于二倍体,但均无显着性差异。MDA含量、POD、SOD、CAT活性均是不育系高于保持系,且四倍体高于相应二倍体;POD、EST同工酶电泳分析二、四倍体不育系与保持系间均有明显差异,但不同倍性之间并无差异。3.以二倍体不结球白菜Pol CMS及其保持系和经秋水仙素诱导的同源四倍体PolCMS及其保持系为材料,研究其光合作用特性差异。结果表明,四倍体不育系和保持系叶片叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO_2浓度(Ci)均显着高于相应二倍体,而气孔限制值(Ls)和水分利用率(WUE)差异不显着。同一倍性的不育系和保持系间各参数差异均不显着;二、四倍体不育系和保持系净光合速率和气孔导度随光强增大而增大,而胞间CO_2浓度随着光强增强而缓慢下降,且在光强超过200μmol m~(-2)s~(-1)时,四倍体不育系和保持系的Pn、Gs、Ci均高于相应二倍体;四倍体不育系和保持系光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、表观量子效率(AQY)、表观暗呼吸速率(Rd)、最大净光合速率(Pmax)均高于相应二倍体。四倍体不结球白菜Pol CMS和保持系光合速率高于相应二倍体的原因是由于气孔因素导致的。4.本文对四倍体不结球白菜Pol CMS及其保持系及其同源二倍体不育系及其保持系进行农艺性状和杂种优势利用研究。结果表明:与相应二倍体相比,四倍体的株高增高、开展度增大、叶片增厚、叶面积增大、小区产量显着增加,抗病性增强,品质性状显着提高,分枝数和结实能力显着下降;四倍体不育系不育性更彻底,所配制的杂交组合杂种优势普遍存在,农艺性状的杂种优势较强,营养品质性状的杂种优势较弱。
吴则东[7]2006年在《甜菜单胚细胞质雄性不育生理化特性的研究》文中认为通过对两对甜菜单胚细胞质雄性不育系及保持系的6种激素含量(生长素-IAA、脱落酸-ABA、二氢玉米素核苷-DHZR、玉米素-ZR、异物烯基腺苷-IPA和赤霉酸-GA_3)及3种同工酶的活性(过氧化物酶、超氧化物歧化酶及抗坏血酸氧化酶)在营养生长期及生殖生长期之间的差异变化测定，来探讨每种激素含量及酶活性的变化与甜菜雄性不育发生的关系。结果表明：保持系抽薹期叶片和花蕾中ABA、DHZR、GA_3的含量均高于不育系，IPA在抽薹期前两对材料间没有一致性的规律，但是在花蕾中保持系的含量均高于不育系；在抽薹期，保持系叶片中ZR的含量均高于不育系，在花蕾中却表现为不育系ZR的含量均高于保持系；保持系过氧化物酶活性(花蕾)和抗坏血酸氧化酶活性(花期叶片)均高于其不育系。据此认为抽薹期后的内源激素含量和酶活性的变化与雄性不育的发生密切相关。
王瑜[8]2014年在《F_0-ATP合酶4个亚基基因与烟草雄性不育性关系的研究》文中认为本研究以3对烟草雄性不育系(MS中烟90、MS云烟85、MSK326)及其相应保持系(中烟90、云烟85、K326)为材料,通过对烟草不育系与保持系线粒体F0-ATP合酶的4个亚基基因(atp9、atp6、orf25、orfB)基因水平的差异、RNA编辑位点的差异、蛋白质水平各级结构的差异以及4个亚基基因编码蛋白的相互作用进行研究,探讨了这几个方面与烟草雄性不育之间的关系。主要研究结果如下:在基因水平上,3对材料中4个目的基因的测序后,经过对比不育系与保持系中的相对应的目的基因序列,结果发现,与保持系相比,不育系中atp9、atp6、orf5和orfB基因序列都存在碱基突变,且每个基因所测序的9个不育系样品的突变位点均保持一致。其中,atp9和orfB基因均存在1个碱基突变位点、atp6基因有6个碱基突变点、orf25基因有2个碱基突变位点。在这些碱基突变位点中,除了atp9基因的第126位点、atp6基因的第253和768位点的碱基突变为同义突变外,4个基因其余碱基突变位点都导致了该位点所编码的氨基酸变化。因此推测,除atp9基因以外,烟草雄性不育系线粒体中F0-ATP合酶的另外3个亚基基因中的其中一个或者几个或者全部基因的基因突变很可能成为导致烟草细胞质雄性不育产生的重要原因之一。在RNA编辑水平上,4个目的基因cDNA测序后,将3对不育系及其保持中4个目的基因cDNA序列与其对应的DAN序列比较,获取编辑位点,结果显示,不育系atp9基因转录本有8个位点发生编辑,这8个编辑位点和保持系中的完全一样,但与保持系相比,不育系atp9基因缺失了 2个编辑位点;保持系atp6基因转录本有6个点位发生了编辑,而不育系atp6基因没有一个位点发生编辑;不育系orf25和orfB基因转录本分别有10和4个位点发生了编辑,但它们均和保持系发生的编辑位点一致,二者间没有变化。以上4个目的基因中RNA编辑方式均为C→U(T)的替换,编辑位点大多数都发生在密码子第一和第二位点,且都导致了该位点密码子编码的相应氨基酸变化,而发生在密码子第叁位点的少数编辑位点对氨基酸的变化没有影响。因此得出结论:烟草雄性不育系和保持系线粒体F0-ATP合酶中atp9和atp6基因编辑位点存在的差异可能与烟草细胞质雄性不育的产生有很大关系,而在不育系和保持系中,orf25和orfB基因编辑位点并无差异,因此,单从RNA编辑上考虑,orf25和orfB基因编辑可能与烟草细胞质雄性不育的产生没有直接联系。在蛋白质水平上,通过生物信息学方法对不育系和保持系中4个目的基因编码蛋白各级结构进行分析,结果显示,在一级结构上,不育系atp9、atp6、orf25和orfB基因编码蛋白的氨基酸亲水性均比其相对应保持系目的基因蛋白的氨基酸亲水性强,分子量和等电点与保持系相比都存在不同的差异。在二级结构上,与保持相比,不育系atp9基因编码蛋白中的α螺旋和β转角减少,β折叠和无规则卷曲增加;不育系atp6基因编码蛋白中的a螺旋和无规则卷曲增加,β折叠和β转角减少;不育系orf25基因编码蛋白中的无规则卷曲增加,β折叠减少,α螺旋和β转角无变化;orfB基因编码蛋白中的α螺旋和无规则卷曲增加,β折叠和β转角减少。在预测的结构域和三级结构中,与保持相比较,除不育系atp6基因编码蛋白的叁级结构在N端缺失一小部分α螺旋以外,4个目的基因编码蛋白的结构域和叁级结构在不育系和保持系二者间均无明显变化。另外,对烟草中atp9、atp6、orf25和orfB基因编码蛋白之间的相互作用进行预测,结果发现atp9和atp6编码蛋白可能发生了互作。因此认为烟草不育系和保持系线粒体Fo-ATP合酶中的4个亚基基因编码蛋白在一级结构和二级结构存在的明显差异以及这种差异导致atp9和atp6基因编码蛋白相互作用发生的变化,可能使F0-ATP合酶的功能受到干扰,从而成为导致烟草细胞质雄性不育产生的一个重要原因。
巩养仓[9]2008年在《棉花细胞质雄性不育相关线粒体基因筛选》文中研究表明细胞质雄性不育(Cytoplasmic male sterility, CMS)具有母性遗传特点,是植物界普遍存在的现象。生产实践中,它在利用杂种优势进行杂种生产方面具有天然优势,并具有巨大的经济价值和社会价值;在理论上,也是研究花粉发育、核质互作及细胞器遗传转化的很好的材料。但是细胞质雄性不育的分子机理仍不清楚,是近年来植物研究的一个热点。绝大多数的研究都认为线粒体与细胞质雄性不育密切相关。并且在多数植物中已经发现了与CMS相关的线粒体基因或ORFs。棉花是常异花授粉作物的一个代表,又是重要的经济作物,但是棉花研究在理论上生产上都相对落后。随着人们生活水平的提高,对其产量需求越来越多,质量要求也越来越高,这对棉花科研人员提出了更大的挑战。而利用CMS配制杂交种以提高棉花产量和质量是有效且充满潜力的手段,因此,这促使人们加强对棉花CMS的研究。但至今,棉花CMS分子机理方面取得的进展仍然较少研究。根据这一现状,本研究以实验室现有的哈克尼西棉(G. harknessii Brandegee)细胞质雄性不育系及其保持系作为研究材料,应用RFLP(Restriction fragment length polymorphism)、Northern杂交和侧翼序列分析(Genome walking)等技术,对棉花细胞质雄性不育进行初步的探讨,所得到的结果如下:1.通过RFLP分子标记技术从atpA、atp6、atp9、cob、coxⅠ、coxⅡ、coxⅢ、nad3、nad6、nad9等10个与细胞质雄性不育相关的线粒体基因探针中筛选到3个具多态性的基因探针,即atpA、coxⅢ和nad6。2.通过Northern杂交验证了上述叁个线粒体基因在棉花细胞质雄性不育系与保持系中的表达差异。其中,atpA和coxⅢ在保持系中表达,而在不育系中未显示出杂交信号;nad6在保持系中显示一个杂交信号,在不育系中却有两个。3.通过侧翼序列扩增及测序共得到atpA、coxⅢ和nad6等3个基因及侧翼序列24368 bp(其中保持系12156 bp,不育系12212 bp),其中atpA及其侧翼序列7775 bp(保持系3868 bp,不育系3907 bp),coxⅢ4647 bp(保持系2315 bp,不育系2332 bp)和nad6 11946bp(保持系和不育系均为5973 bp)。4.应用CLASTAL X对不育系和保持系对应的DNA序列进行比对,结果表明,两个材料之间coxⅢ和nad6只有个别碱基的差异,而atpA下游则存在一段约500bp具有显着差异。5.通过生物信息学分析得出,在不育系中, atpA基因末端多转录出一段序列ces486,该序列编码多肽与甜菜COXⅡ蛋白有42%的一致性,推测其与棉花细胞质雄性不育形成有关。
王书平[10]2016年在《小麦生理型雄性不育分子机理研究及其败育分子模型的建拓》文中指出小麦是我国最重要的粮食作物之一,随着人口的增长,小麦的生产量和需求量之间的差距越来越大,因此,为了确保国家粮食安全,大幅度的提高小麦产量已刻不容缓。利用杂种优势可以显着的提高作物的产量和品质。目前,小麦杂种优势利用的主要途径:包括核遗传雄性不育(Genetic male sterility)、质遗传雄性不育(Cytoplasmic male sterility)、光温敏雄性不育(Photo-thermo-sensitive Male Sterility)和化学杂交剂(Chemical hybridizing agents)诱导的雄性不育。其中化学杂交剂诱导的雄性不育,育种过程简单、操作方便、亲本选配灵活,应用范围较广。同时化学杂交剂诱导的雄性不育可以规避基因型和环境因素对育性的波动,减小制种风险;特别是可免去其它不育途径不育系一定需要隔离繁殖的繁琐工序,可实现真正意义上的“两系”育种的方法来生产小麦杂交种。近年来,杀雄剂SQ-1的研制成功为小麦杂种优势利用提供了崭新途径。正常发育的小麦植株,在特定的生长时期喷施适宜剂量的杀雄剂SQ-1后,其不育率可达95%-100%,饱和授粉结实率可达85%以上。经多年的生产实践证明,杀雄剂SQ-1已成为稳定性很高的化学杂交剂,利用杀雄剂途径已经培育出一批超高产的杂交小麦,很有希望应用于大面积生产。然而,有关杀雄剂SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育的败育机理目前仍不清楚。鉴于此,本文以杀雄剂诱导的小麦生理型雄性不育系西农1376与其正常可育系西农1376为供试材料,利用显微和亚显微技术分别对生理型不育系的旗叶、花药及小孢子的细胞形态学变化进行了观察分析,并通过活性氧含量和抗氧化物酶活性测定分析了细胞内氧化胁迫变化规律;通过双向电泳技术与质谱分析技术的结合,分别对旗叶膜蛋白质组学及线粒体蛋白质组学进行了深入系统的研究,并采用TUNEL和DAPI染色方法,比较分析了程序性细胞凋亡的变化规律,获得如下主要结果:1.本研究采用组织切片技术,DNA片段化检测的TUNEL原位杂交及DNA Ladder技术,并结合ROS代谢的动态变化,对不同处理时间段(2 h、4 h、6 h、10 h和24 h)小麦旗叶的应急反应体系进行了比较分析。杀雄剂SQ-1在喷施后2 h后被小麦旗叶迅速的吸收,作用6 h后得到了100%的不育率。在处理早期,旗叶活性氧的代谢平衡被破坏,使得叶片内大量细胞启动PCD过程而降解,细胞呈现畸形的发育状态。这些异常的变化造成了旗叶膜质过氧化及光合作用产物降低。但随着处理后时间的增加,杀雄剂SQ-1逐渐被转运,旗叶又逐渐的恢复正常。2.应用比较蛋白质组学的方法对对照及杀雄剂SQ-1处理的2 h和6 h的小麦旗叶膜系统蛋白质动力学变化进行分析,共检测到150个差异表达的膜蛋白质,质谱分析成功鉴定出了149个蛋白质;依据这些蛋白质的生物学功能和参与的生理反应,差异表达的膜蛋白质影响了光合作用,ATP合成和离子转运,蛋白质折迭和组装,蛋白质合成,细胞修复和防御,电子传递,糖代谢,蛋白质降解,信号传导,蛋白质转运,及叶绿素合成。生物信息学分析暗示杀雄剂SQ-1主要影响了旗叶的光合作用、ATP合成、胁迫应答和蛋白质合成四大生理过程。3.利用细胞形态学的研究方法,包括光学显微技术、电子显微技术和细胞凋亡检测技术。全面系统的展示了子房、绒毡层和小孢子发育的细胞学特征及育性差异(可育与不育)的变化特征。结果表明:在整个败育过程中,子房表现为正常发育,小孢子自单核后期开始发育紊乱,绒毡层提前一个发育时期完全降解;进一步采用TUNEL和DAPI检测发现绒毡层细胞和小孢子的PCD过程均起始于单核早期。且相应的细胞活力(FDA染色)也逐渐降低。基于这些研究结果,提出杀雄剂诱导SQ-1诱导的生理型不育系雄性败育起始于单核早期,且绒毡层细胞过早的PCD是导致花粉败育的主要原因。4.以小麦正常可育系及其遗传型雄性不育系作为对照,研究杀雄剂SQ-1诱导产生的小麦生理型不育系在不同发育时期小花线粒体蛋白质组的变化情况。两个发育时期共获得了71个线粒体差异表达蛋白质;其中,单核期,生理型雄性不育系存在35个差异表达蛋白质,遗传型雄性不育存在47个差异蛋白质;叁核期,生理型雄性不育系存在66个差异表达蛋白质,而遗传型不育系存在60个差异表达蛋白质。MS/MS成功鉴定了71个差异表达蛋白质,结合小麦生殖发育的代谢及生理功能特点,涵盖了广泛有序的代谢途径和生理功能。这些蛋白质参与12个不同的细胞代谢过程,主要干扰了线粒体中电子传递链和蛋白质代谢过程。依据这些蛋白质的丰度变化,结合它们的生物学功能和参与的生理反应及在介导败育中的变化规律,首次构建了线粒体反向介导雄性不育的蛋白质网络模型。进一步通过生理指标测定和TUNEL检测对该模型进行了验证。这些结果反映了线粒体蛋白质的异常表达与不同败育类型的网络关系。
参考文献：
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[6]. 同源四倍体不结球白菜Pol CMS及其保持系生物学特性研究[D]. 汤伟华. 南京农业大学. 2008
[7]. 甜菜单胚细胞质雄性不育生理化特性的研究[D]. 吴则东. 黑龙江大学. 2006
[8]. F_0-ATP合酶4个亚基基因与烟草雄性不育性关系的研究[D]. 王瑜. 江西农业大学. 2014
[9]. 棉花细胞质雄性不育相关线粒体基因筛选[D]. 巩养仓. 中国农业科学院. 2008
[10]. 小麦生理型雄性不育分子机理研究及其败育分子模型的建拓[D]. 王书平. 西北农林科技大学. 2016