侯磊[1]2001年在《棉花洞A雄性不育系及保持系花药发育的mRNA差别显示》文中研究说明植物花粉发育的分子生物学，已经成为植物分子生物学研究中的热点领域。研究花药、花粉在发育过程中基因表达的时空特异性，分离相关的特异基因和特异启动子，以探明植物花粉发育的分子模式，可以更好地控制植物的生殖规律，推动杂种优势向更高层次发展。 棉花洞A雄性核不育系是1972年从洞庭一号棉花原种圃中发现的突变体。遗传分析表明，其雄性不育性状受一对隐性基因（msms）控制。细胞学观察发现，花粉的败育发生在小孢子单核早期，表现出败育花药壁绒毡层异常、花粉壁发育不完全、花粉细胞质完全解体等变化。经过二十余年的“一系两用”，其不育株与可育株除在育性上存在差异外，在遗传背景上高度同源，是研究棉花花药与花粉发育相关基因的理想材料。本实验以棉花洞A不育株及其可育株为材料，应用cDNA-AFLP技术研究花药发育过程中mRNA的差异表达，以便分离与花药发育密切相关的基因。实验得到以下的结果：1．通过对棉花花粉母细胞发育过程的观察，确定了棉花洞A不育材料的 外部形态（花蕾长度）与花粉发育进程的相关关系。一般年份，当花 蕾纵长在5.0-7.0mm时，为花粉母细胞的减数分裂期；当花蕾纵长在 7.5-9.0mm时，为小孢子发育单核期。制定了棉花花药的取样标准：蕾 长5.0-6.5mm时，确定为花粉母细胞减数分裂期；蕾长7.5-9.0mm时， 确定为小孢子单核期。2．提取了棉花洞A不育株和可育株花药减数分裂期以及单核期的RNA 并分别逆转录合成了cDNA。选择了35对引物组合，对合成的cDNA 进行了cDNA-AFLP，有较丰富的多态性。回收并扩增了64条差异片 段。3．随机克隆了GHA27、GHA28、GHA47回收的叁条差异片段，并进行 了序列测定和组织特异性鉴定。GHA27有部分组织特异性，在花药、 花粉和花冠中表达，而在叶、根、胚珠中不表达；GHA28、GHA47 具有花粉表达特异性。在花药、花粉中表达，胚根中微量表达，而在 叶、花冠、胚珠中不表达。4．序列同源性比较表明，GHA27与GenBank中的ADP-ribosylation factor 基因具有很高的同源性；GHA28、GHA47与GenBank中的核苷酸序 们花洞＾处性不育系及保枯泵花闪发育的m卜N＾差别显示 列无同源性，但 GHA47与陆地棉中一个开花后 7－10d的纤维的 EST 有96％的同源性。5．进行了 G趾27的 3’MCE并获得了它的 3’非编码区序列。6·GHA27（ADP｛ibosylation factor）的 Southern杂交表明：它在陆地棉 和草棉中的拷贝数是相同的，都是多拷贝基因。
巩养仓[2]2008年在《棉花细胞质雄性不育相关线粒体基因筛选》文中进行了进一步梳理细胞质雄性不育(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。
马小定[3]2007年在《棉花双隐性细胞核雄性不育系与保持系花粉发育期差异表达基因分析》文中认为在棉花杂种优势利用中，细胞核雄性不育(Genic Male Sterility，GMS)系已被广泛应用于杂交种的生产，其突出的优点是败育彻底，恢复源广泛，易于筛选高优势杂交组合。利用杂交、回交转育等方法，在ms5ms5ms6ms6双隐性核不育系基础上已培育出多种可供生产利用的不育系，而且已经选育出多个杂交棉品种。但是，到目前为止，系统地对棉花细胞核雄性不育分子机理的研究却很少。所以为了更好的利用细胞核不育材料，需要对其进行深入的研究。本实验以棉花ms5ms5ms6ms6双隐性细胞核雄性不育系与保持系(ms5ms5ms6ms6A，不育系；ms5ms5ms6ms6B，保持系)为研究对象，利川cDNA-AFLP(cDNA amplified fragment length polymorphism)技术对不育系和保持系花粉发育不同时期差异表达的基因进行分析，以期得到与育性相关的转录片段，进而探讨控制育性的分子机理。取得的实验结果和主要结论如下：1．通过对棉花花粉母细胞发育进程的细胞学观察，确定了棉花ms5ms5ms6ms6双隐性细胞核雄性不育系和保持系外部形态与花粉发育时期的相关关系，即当花蕾长度＜3.0mm时，花粉处于初生造孢细胞时期；当花蕾长度为3.0-4.6mm时，处于花粉母细胞时期；当花蕾长度＞4.6mm时，处于花粉粒时期。2．应用cDNA-AFLP对不育系和保持系花粉发育的叁个时期——初生造孢细胞时期、花粉母细胞时期和花粉粒时期的基因表达进行了对比分析，共筛选了64对引物组合，每条泳道平均可以扩增20个条带左右，共扩增出1，300个条带；10对引物组合具有多态性，可以重复扩增得到的差异片段有48个，经反向Northern杂交验证，15条片段结果为阳性。3．选择15条差异表达片段和2条无差别的条带进行克隆、测序和Blast分析后发现，其中的14条片段可以在NCBI数据库中找到同源序列，功能分析表明这些片段所编码的基因可能参与了信号转导、转录、能量代谢、细胞壁发育等相关过程，其余的3条片段没有同源性或功能未知，可能是与棉花雄配子发育相关的新基因。4．在保持系中发现了与玉米T型细胞质雄性不育恢复因子(RF2)基因同源的育性恢复因子类基因(EST编号为0603)，该基因仅在保持系花粉粒时期表达，而在不育系整个花粉发育过程中都不表达。推测，rf2基因的沉默可能导致了花粉的败育。Northern杂交结果证明0603的表达模式与cDNA-AFLP结果吻合，由此也进一步验证了cDNA-AFLP结果的可靠性。
刘海河[4]2005年在《西瓜G17AB核雄性不育两用系的不育机理研究》文中进行了进一步梳理本文以西瓜G17AB细胞核雄性不育系为试材,对其雄性不育遗传规律及花药和雄花蕾发育过程中的细胞学、超微结构、生理生化特性进行了系统的研究,对育性基因进行了RAPD和AFLP标记,并对雄花蕾发育过程中的mRNA进行了差异显示分析。主要研究结果如下: 1.西瓜雄性不育系的农艺性状比较及遗传分析 对西瓜G17AB雄性不育材料的不育株和可育株的农艺性状进行了比较观察,结果发现不育株与可育株的性状差异仅表现在雄花器上,不育花药瘦小而皱缩,不产生花粉。遗传分析表明,不育性状由一对核隐性基因所控制。 2.西瓜G17AB雄性不育花药的细胞学及组织化学研究 西瓜G17AB雄性不育两用系细胞学观察表明,败育发生于四分体形成之前,花粉母细胞不能进行正常减数分裂,出现多核现象后解体,无花粉粒形成。不育花药绒毡层细胞分化异常,败育后期,药壁细胞解体,药室收缩变形。组织化学染色显示雄性不育花药组织内的不溶性多糖和蛋白质含量均低于可育花药。 3.西瓜G17AB雄性不育系花药发育超微结构研究 利用透视电镜技术对不同发育时期西瓜G17AB核雄性不育系的花药超微结构进行了对比观察,结果表明:不育花药的绒毡层细胞分化异常,细胞体积小,细胞器少,减数分裂过程中,绒毡层细胞内的物质降解消失,形成仅残留细胞壁的空腔;而不育花药的小孢子母细胞在减数分裂过程中,细胞质内液胞增多,在液泡消失之后,细胞器畸变,细胞质凝结成团,导致发生质壁分离现象,并最终降解消失。在此基础上对西瓜雄性不育的原因进行了讨论。 4.西瓜细胞核雄性不育系的生理生化特性分析 以西瓜G17AB细胞核雄性不育两用系为试材,对不同发育时期的不育与可育
姜家生[5]2012年在《棉花细胞核雄性不育系ms_5ms_6不育机理研究》文中研究指明植物细胞核雄性不育系(Genetic male sterility)是由细胞核内染色体上基因所决定的雄性不育类型,其在植物杂种优势利用中具有十分重要的价值。棉花的核雄性不育系是由控制花粉正常育性的核基因发生突变而形成的不育系,因具有败育比较彻底、恢复源比较广泛,以及易于筛选较高优势杂交组合的优点,在杂交种生产中被广泛应用。棉花核雄性不育系的主要形态特征有：雄蕊发育异常,花丝不能伸长,花丝数减少,花药干瘪,不能散粉,亦不能产生具有正常功能的花粉；而它的雌蕊却发育正常,并能较广泛地接受异花的正常花粉而受精结实。棉花核雄性不育系主要受到1对或2对显隐性基因控制,因而遗传简单,但是,对棉花细胞核雄性不育机理研究却不多。在隐性不育系中纯合体(msms)表现雄性不育。这种不育性能为相对显性基因Ms所恢复,杂合体后代呈简单的孟德尔分离。因此用常规遗传学方法不能使整个群体保持不育性。为了更好地开展对细胞核雄性不育机理的研究,本文以大多数杂交棉育成的亲本棉花细胞核雄性不育系ms5ms6为材料,通过比较花药发育过程超微结构变化、花药发育过程中代谢酶类的活性变化、花药发育过程中代谢激素的活性变化、花药发育过程中矿质元素含量变化,探究棉花细胞核雄性不育系的控制相关基因,研讨其细胞核雄性不育发生的可能分子机理。研究的主要内容如下：1、对细胞核雄性不育系及其对应的可育系不同发育时期的花药的超微结构研究发现：不育系花药花粉囊壁发育中期中层与绒毡层行为异常,具体表现为中层过早解体,绒毡层细胞出现形状异常和绒毡层过早解体,花粉粒发育受阻。不育株花粉母细胞的减数分裂异常,表现在减数分裂后形成的子细胞数目差异较大。有形成4个子细胞的,称为四分体(四分孢子)；有形成3个子细胞的,称为叁分孢子；有形成2个子细胞的,称为二分孢子；还有形成多个子细胞的,称为多分孢子。不育株花粉粒因得不到正常发育所必需的营养和调节,无法正常发育,或早期发育受阻,形状异常,无外壁的形成,较早解体,在花药发育后期,则无花粉粒的形成；或中后期虽有外壁的形成,刺突明显,但是内部出现多液泡化,发育被迫停止而解体,在花药发育后期,形成了仅有具刺突外壁而无内容物的中空花粉粒。不育株花粉母细胞减数分裂的杂乱无章和绒毡层的提前解体,无疑给花粉粒以后的发育造成了混乱,无法再继续发育下去,过早的止步于此。因而,最终就会形成无花粉粒的雄性不育类型。2、通过对不育系和可育系花药不同发育时期的酶活性含量变化测定,发现不育株SOD活性在各个发育时期的含量均低于可育株的含量,尤其在花粉败育期,即花粉母细胞减数分裂期,可育株中的SOD活性是不育株的1.61倍,差异达到显着水平。在幼花药发育期和花粉母细胞发育期,不育株花药POD活性略低于可育株活性,但至花粉母细胞减数分裂时期,不育株花药POD活性有大幅提升,而可育株活性上升幅度不大。在花粉母细胞减数分裂时期,不育株花药POD活性明显高于可育株活性,差异显着,且差异达到最大。由此可见,棉花细胞核雄性不育系的酶活性变化可能与小孢子败育、雄性不育的发生有着重要联系。3、对不育系和可育系花药不同发育时期的矿质元素含量变化测定,发现Fe和Cu含量在花粉败育发育期均显着低于同期可育株含量。从幼花药发育期到花粉母细胞发育期,不育株中Mn含量的变化与可育株相似,且含量也基本相同,无显着性的差异,以后逐渐增高,含量超过可育株,并于花粉母细胞减数分裂时期时的含量显着高于同期可育株Mn的含量。4、利用Blast在NCBI核酸数据库中对注册号为EG036041的差异表达基因片段EST0109进行同源搜索,结果表明其与陆地棉的β-tubulin-8基因具有94%的相似性。利用特异性引物对不育株和可育株花药DNA进行PCR扩增,得到分子量介于500-750bp之间靠近750bp、稳定、清晰的单一片段,对扩增产物进行切胶回收,克隆测序,比对分析,结果显示,β-tubulin-8基因内含子的第11个核苷酸由A突变成了G,核苷酸的突变可能影响了基因的转录剪接以及发育调控,导致花粉败育的发生,详细机理有待进一步研究。
蒋培东[6]2007年在《棉花细胞质雄性不育机理的研究》文中研究表明植物细胞质雄性不育(cytoplasmic male steriltiy，CMS)是一种不能产生有活力花粉的遗传现象，属母性遗传，在植物杂种优势利用中具有重要价值。棉花细胞质雄性不育机理的相关研究报道不是很多，同玉米、水稻等作物雄性不育机理研究相比，要远远落后。因此，开展棉花细胞质雄性不育的分子机理研究，便于更好的利用棉花杂种优势，具有重要的理论和实践意义。哈克尼西棉(Gossypum harknessii Brandegee)细胞质雄性不育是由细胞质基因控制的并可被核恢复基因抑制的性状，其花药在造孢细胞增殖期就开始退化，并在花粉母细胞减数分裂时期达败育高峰，进而花粉母细胞不能形成四分体，是一种无花粉粒的雄性不育。这种雄性细胞退化早、败育过程清晰和凋亡彻底的花药，既是杂交棉制种的有利条件，也是雄性不育机理研究的良好材料。为此，本文以哈克尼西棉雄性不育系和保持系花药为材料，通过比较花药线粒体超微结构、与CMS相关的线粒体基因序列及基因表达、线粒体代谢酶类的生化分析、线粒体活性氧代谢变化及活性氧清除酶基因的表达，寻找与棉花细胞质雄性不育相关的基因，并探讨细胞质雄性不育产生的可能的分子机理。研究主要结果如下：1．通过对棉花不育系和保持系不同发育时期花药的超微结构观察，发现不育系花药在造孢细胞增殖期，线粒体就已出现异常，表现为轻微肿胀，出现电子透明区。在小孢子母细胞形成期普遍表现出线粒体体积膨胀、内嵴模糊、线粒体空泡化、基质淡化等异常现象，进入减数分裂时期后，线粒体、液泡等细胞器逐渐解体、消失。在不育系小孢子发育不同时期观察到无嵴或嵴不发达乃至空泡化的线粒体，这些线粒体不能行使正常代谢功能，以致ATP产生受到限制，能量供应不足，最终导致花粉败育。所以，线粒体的结构异常是棉花细胞质雄性不育系小孢子败育的重要细胞学特征。2．通过同源克隆方法，在棉花不育系和保持系线粒体基因组中克隆与CMS相关的线粒体基因，发现线粒体atp6、atp9、nad3、nad6、nad9、cob、coxⅠ和coxⅡ基因片段的核苷酸序列在不育系和保持系中没有差异，但是线粒体基因coxⅢ在不育系和保持系中存在碱基突变。不育系和保持系线粒体coxⅢ基因全部编码序列大小没有差异，都为798bp，但序列内部有5个碱基发生了突变，其中3个碱基突变造成编码的氨基酸发生了变异。与保持系相比，不育系coxⅢ基因编码区的A~(184)、C~(255)、A~(366)、C~(442)和G~(516)分别被替换为C、T、C、A和C。根据核苷酸序列推导棉花coxⅢ基因编码265个氨基酸。不育系coxⅢ基因推导的氨基酸Ser~(62)、Lys~(122)、Thr~(148)分别被Arg、Asn和Asn替代，而Ser~(85)和Leu~(172)因存在密码子简并现象未发生变化，不育系在coxⅢ基因上既发生了错义突变又发生了无义突变。经同源性分析，发现棉花不育系coxⅢ基因的核苷酸序列，与拟南芥、油菜、烟草和玉米等coxⅢ基因的核苷酸序列相比，它们的序列同源性都高达95％。利用RT-PCR和荧光定量RT-PCR方法研究上述与CMS相关的线粒体基因的表达时，发现在整个花药发育过程中，与CMS相关的线粒体基因在不育系中的表达量总体上要低于保持系。在花药败育高峰期(花粉母细胞减数分裂期)，与CMS相关的线粒体基因在不育系花药中的表达量要显着低于保持系。3．通过对不育系和保持系叶片、花药细胞色素氧化酶的活性和同工酶活性测定，以及细胞色素氧化酶的细胞化学定位分析，发现不育系和保持系叶片细胞色素氧化酶的活性和同工酶活性没有明显差异，而在花药组织中存在显着差异。在花药败育初期(造孢细胞增殖期)，不育系花药中细胞色素氧化酶活性、同工酶活性和线粒体膜上嗜锇颗粒的数量与对应的保持系没有显着差异。在花药败育高峰期，不育系花药细胞色素氧化酶活性和同工酶活性要显着低于保持系花药，不育系花药线粒体膜和嵴上嗜锇颗粒的数量要明显少于保持系花药。在花药败育后期，不育系花药细胞色素氧化酶的活性同保持系相比差异不显着。棉花不育系细胞色素氧化酶活性的降低可能与小孢子的败育和雄性不育的发生有重要联系。4．通过测定不育系、保持系和杂种F_1叶片、花药及其线粒体活性氧含量、活性氧清除酶的活性，以及抗氧化酶基因的表达分析，发现叶片活性氧的含量和活性氧清除酶的活性在不育系、保持系和杂种F_1中没有显着差异。在花药败育初期，不育系花药中活性氧含量稍高于保持系，活性氧清除酶的活性和抗氧化酶基因的表达水平与保持系没有明显差异。但在花药败育高峰期，不育系花药一方面活性氧含量极显着高，另一方面活性氧清除酶活性和抗氧化酶基因的表达水平极显着低，活性氧代谢平衡被打破，造成过量活性氧的积累，产生氧应激，对细胞发育产生毒害。在花药败育过程中，杂种F_1不同于不育系，始终与保持系一样保持正常的活性氧含量和稳定的抗氧化酶转录表达水平。当恢复基因导入不育系后，杂种F_1花药中过量产生的活性氧能得到清除，这可能是由于核恢复基因对棉花花药活性氧产生与清除的动态平衡具有调控作用。综上所述，提出哈克尼西棉细胞质雄性不育的可能的机理，即线粒体呼吸链代谢coxⅢ基因的突变和线粒体结构异常，使线粒体电子传递途径不畅，造成花药中ROS大量产生。由于可育花药和叶片等其他组织具有较高的活性氧清除酶的活性，另外叶片等其他组织对活性氧的敏感程度不如花药雄性细胞(花粉母细胞)，所以可育花药和叶片等其他组织中活性氧水平能保持正常，可育花药和叶片等其他组织能够正常发育。而在不育花药中，线粒体活性氧的大量产生，同时线粒体抗氧化酶的活性和基因表达水平显着降低，细胞质中活性氧清除酶的活性在花药败育阶段也很低，导致不育花药细胞大量产生的活性氧不能得到及时、有效的清除，过量的活性氧积累。由于活性氧代谢的失衡和过量活性氧积累所产生的毒性，造成不育花药花粉母细胞大量死亡，从而最终导致花药的败育。
任燕[7]2009年在《陆地棉双隐性核雄性不育系及可育系花药差异蛋白质组研究》文中研究指明蛋白质是生命功能的执行体,蛋白质组学是研究细胞、组织或生物体中蛋白质组成及其变化规律的科学,目前蛋白质组学在植物上的研究已经陆续展开,但在棉花上还没有被广泛应用。双向电泳作为蛋白质组研究的叁大核心技术之一,是目前常用的唯一一种能够连续在一块胶上分离数千种蛋白质的方法,广泛应用于生物学研究的各个方面。利用双向电泳技术(two-dimensional electrophoresis,2-DE)对植物发育过程中基因表达进行分析,能够从蛋白质水平揭示植物发育的内在机制。在植物雄性不育分子机制的研究中,全蛋白双向电泳技术正得到越来越多的应用。但是迄今为止,关于棉花雄性不育蛋白质组学的研究,国内外未见报道。利用蛋白质组学技术分析棉花花药总蛋白,旨在找到花粉发育过程中与败育相关的蛋白质,为更进一步研究棉花及其他植物败育发生的机理提供依据。本实验陆地棉花药为材料,通过对蛋白质提取方法、等电聚焦方法、样品上样量等因素进行比较和优化,以期提高双向电泳的分辨率和重复性,试图建立一套适用于棉花花药蛋白质组学分析的双向电泳方法,为使蛋白质组学更好的应用于棉花提供一些借鉴。将棉花花药用液氮研磨,然后用TCA／丙酮沉淀法和苯酚抽提结合甲醇／醋酸铵沉淀法提取蛋白。采取载体两性电解质PH梯度等电聚焦/SDS-PAGE和固相PH梯度等电聚焦/SDS-PAGE双向凝胶电泳,对陆地棉花药总蛋白质进行了分离。结果表明,苯酚抽提结合甲醇／醋酸铵沉淀的方法较适合棉花花药蛋白质的提取,采用载体两性电解质PH梯度聚焦方法较PH梯度等电聚焦方法的效果好,凝胶用硝酸银染色,上样量为500ug时,得到的电泳图谱分辨率高、重复性好,经ImageMaster2D platinum 5.5软件分析后,大约可识别1300-1400个蛋白质点。采用载体两性电解质pH梯度-SDS-PAGE双向电泳对陆地棉核雄性不育株和可育株双核期花药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。ImageMaster2D platinum 5.5软件可识别约1300个蛋白质点,其中差异表达的蛋白质数为79个.将其中61个差异点采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(matrix a ssisted laser de sorption/ionizaton time of flight mass spectrometry, MALDI-TOF-MS)进行了肽指纹图谱分析,通过Mascot软件利用MSDB数据库进行检索,得到了部分差异蛋白的相关信息,并对这些差异蛋白的表达情况、功能等做了比较分析,以期为探讨棉花核雄性不育过程中的基因表达调控机制奠定基础。质谱分析鉴定出来的蛋白质按功能主要有以下几类：与信号转导相关的蛋白、与基因调控相关的蛋白、与糖代谢及能量代谢有关的酶、与光合作用有关的酶等。推测这些在陆地棉核雄性不育花药中出现的表达量上调或下调的蛋白质或酶类,在棉花败育过程中具有重要的生物学功能。
周仲华[8]2006年在《棉花温敏雄性不育的细胞学特征、生化基础及其分子标记的研究》文中进行了进一步梳理棉花是重要的经济作物。我国年杂交棉种植面积约100万公顷，为世界第一大杂交棉生产大国。棉花雄性不育在杂种优势利用中具有重要价值。1993年，湖南农业大学棉花研究所发现具有温敏雄性不育特性的不育株，经过连续8年的回交、定向选育，于2001年育成棉花温敏雄性不育系“特棉S-1”。作为棉花中一种新型的雄性不育系，其败育的细胞学机理、生理生化机理以及相关的分子生物学等方面的研究仍为空白。为了探讨该材料雄性不育发生的机理，加快其利用进程，本研究以“特棉S-1”及其近等基因系“D7”为试验材料，分别从形态学、细胞学、生理生化及分子生物学等方面进行了深入、系统的研究：从形态学研究入手，找到了与棉花温敏雄不育紧密连锁的形态学标记；通过细胞学研究，明确了棉花温敏雄性不育败育的主要时期和败育特征；通过生理生化指标的分析，阐明了棉花温敏雄性不育败育的生理生化机理；通过分子标记的筛选，找到了与棉花温敏雄性不育基因紧密连锁的RAPD标记和SSR标记。主要研究结果如下： 1、形态学研究发现，棉花温敏雄性不育系花器官明显较对照“D7”小，两者在鲜重、花瓣长度、花瓣宽度、花瓣长×宽、花丝长度、苞叶长度、苞叶宽度及苞叶长×宽等形态学性状间差异明显。另外，在生长后期，“特棉S-1”出现叶片皱缩、果枝伸展缓慢、节间变短等现象，这些性状可能是与棉花温敏雄性不育性状紧密连锁的形态学标记性状。 2、通过压片和石蜡切片等细胞学分析方法，我们对棉花温敏雄性雄性不育系“特棉S-1”进行了细胞学研究，研究结果表明：“特棉S-1”败育主要发生在四分体形成期；小孢子发育的显微观察发现，花粉母细胞退化、花粉母细胞无胼胝质膜、四分体质核分裂不同步、多分孢子、花粉粒畸形、花粉粒粘连、绒毡层提前解体及药隔组织薄壁细胞的退化等为棉花温敏雄性不育系“特棉S-1”的败育特征。 3、棉花雄性不育系“特棉S-1”在光合速率、呼吸速率等指标上与对照不
冯雪梅[9]2010年在《棉花隐性核雄性不育系“21A”的遗传和不育机理研究》文中研究说明棉花具有明显的杂种优势,应用核雄性不育系生产杂交种是杂种优势利用的有效途径之一。选育综合性状好、配合力效应高的核雄性不育系是配制高优势杂种的前提。本研究以利用辐射诱变和回交培育的“21A”雄性不育系为材料,对该不育系的花器官形态、花粉育性、不育基因的遗传及等位性、杂种配合力和miRNA差异表达进行了分析,主要结果如下:(1)通过比较不育株和可育株花器官形态发现,不育株花较小,无花粉或有花粉但无生活力,经碘化钾染色,多数不着色或着色较浅,表明不育株花粉完全败育。(2)对“21A”不育系进行了遗传分析。“21A”雄性不育系与鲁棉研21号杂交的F1可育,其自交F2中可育株和不育株分离比例为3:1,不育株和可育株兄妹交,其后代Ft可育株和不育株分离比例为1:1,表明该不育系为单隐性核雄性不育系基因控制。(3)对“21A”单隐性核雄性不育系基因进行了等位性测验。用“21A”核雄性不育系与不同棉花品种配制的杂交种,分别与目前已知的棉花单隐性核雄性不育系洞A(msc1)、1355A(msc2)、阆A(msc3)、81A(msc7)的不育株授粉,结果发现其后代均为可育株,这表明“21A”单隐性核不育基因与上述4个陆地棉单隐性核雄性不育基因彼此是非等位基因,因此,可以把它作为一个新的隐性核雄性不育基因。(4)采用NCⅡ遗传交配设计,分别用“21A”不育系和鲁棉研21号作母本,5个常规棉品种作父本,配制杂交组合,对10个组合的F1产量和品质性状的竞争优势和配合力进行分析,结果表明,该不育系杂种在子棉产量、皮棉产量和伸长率等性状上优势明显;各性状的一般配合力高,子指的GCA表现尤为突出,易于筛选高优势的杂交组合。(5)提取不育株和可育株叁个时期的花蕾RNA,分别用cy3和cy5标记,混合均匀后与叁张miRNAs芯片上的探针进行杂交。结果表明有8个miRNAs在不育株和可育株花蕾的叁个发育时期差异表达显着,它们可能与花粉败育有关。通过计算机预测了这8个差异表达miRNAs的22个靶基因,其中,miR166和miR156/miR157分别靶向棉花编码ATHE-15、SPL3及RNA解旋酶的基因。
唐雯[10]2008年在《陆地棉隐性核不育系花器发育的形态解剖特征及生理生化特性研究》文中指出杂种优势是植物界普遍存在的一种现象,植物雄性不育系在农作物杂交育种上有着广泛的应用前景,是杂交育种最重要的方法之一。实践证明棉花具有明显的杂种优势。由于棉花上还没有理想的雄性不育叁系,隐性核不育系是目前应用于棉花杂种优势最重要的途径之一,为了揭示棉花细胞核雄性不育的细胞分子学机制,为棉花雄性不育系的选育提供理论依据,本研究采用石蜡切片技术和一系列生化方法,从形态学,细胞学和生理生化水平,对叁个棉花隐性核雄性不育系(抗A_3、阆A和1355A)花粉败育机理进行了较系统的研究。研究结果如下:1.叁个不育系中不育株的花器均略小于可育株,不育株雄蕊的花丝极短,花药小而干瘪且紧缩在花柱下部。3个不育系的不育株和可育株相比,花器官在花瓣大小、花丝长度和柱头超出花药长度的差异极显着;花药个数和不育株中花粉数量差异分别为,1355A极显着,抗A3显着,阆A不显着;子房大小的差异分别为,抗A3显着,阆A不显着,1355A不显着;胚珠个数和大小的差异分别为,抗A3不显着,阆A显着,1355A显着。叁个不育系中不育株的花器官形态比较发现,抗A3退化较好且制种产量潜力大,阆A退化不够好但具早熟性,1355A退化很好又具形态抗虫性但配合力较低。我们应根据这叁个不育系各自的特点,有针对性地对其加以选育,使其在生产上发挥自身优势,以获得最佳利用效果。2.对叁个不育系的不育株和可育株小孢子发生的细胞学观察结果表明,抗A3不育株小孢子发生败育的时期主要是减数分裂Ⅰ时期;造孢细胞和PMC退化导致雄性不育的主要细胞形态学特征是:PMC在形成过程中相互粘连,减数分裂时染色体不配对、PMC出现出芽式增殖、绒毡层细胞过早退化或膨大畸形、胼胝质沉积、出现细胞质穿壁现象,单核期细胞质解体出现高度液泡化。阆A不育株小孢子发生败育的时期主要是单核靠边期;造孢细胞和PMC退化导致雄性不育的主要细胞形态学特征是:初生造孢细胞解体不能形成正常的PMC,减数分裂时期染色体分离杂乱、细胞质分裂异常,单核期细胞核和细胞质解体、外壁不能正常发育长出刺,在双核期营养细胞和生殖细胞先后解体。1355A不育株小孢子发生败育的时期主要是单核期;造孢细胞和PMC退化导致雄性不育的主要细胞形态学特征是:在单核期细胞核和细胞质解体、外壁发育异常不能长出刺且外壁增厚明显,双核期营养细胞和生殖细胞先后解体。3.对叁个不育系的不育株和可育株的生理生化变化研究发现:叁类不育株花药中可溶性糖含量偏高,缺乏淀粉积累,表明可溶性糖的运转或淀粉的合成受阻,细胞处于饥饿状态而导致退化解体;不育株的可溶性蛋白质含量远低于可育株,表明其蛋白质合成受阻,致使细胞原生质体组成异常,不能进行正常的生命代谢,最终导致细胞退化解体;不育株的POD同工酶在花药发育过程中酶带条数少于可育株,且POD活性明显偏高,这表明了不育株与可育株之间体内代谢强度的差异,也说明酶的变化与雄性不育现象有着直接的关系。叁类不育株花药的MDA含量和电导率变化从PMC减数分裂时期到成熟花粉时期都呈上升趋势,且上升趋势相同,MDA含量和花药提取液的电导率从PMC减数分裂期到双核期变化较快,以后趋于平缓,由此可以推断叁类不育株花粉败育的关键时期可能均为PMC减数分裂时期到双核期。对叁类不育株这一系列生理生化变化的比较发现,各不育株的不育基因控制其体内的生理生化变化从而导致败育的侧重点不同,ms_(14)基因对抑制细胞内可溶性糖的运转或淀粉的合成,POD同工酶的合成及其活性,MDA的合成均有明显的作用,ms_2基因对抑制细胞内可溶性蛋白质的合成有明显的作用。
参考文献：
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[8]. 棉花温敏雄性不育的细胞学特征、生化基础及其分子标记的研究[D]. 周仲华. 湖南农业大学. 2006
[9]. 棉花隐性核雄性不育系“21A”的遗传和不育机理研究[D]. 冯雪梅. 山东农业大学. 2010
[10]. 陆地棉隐性核不育系花器发育的形态解剖特征及生理生化特性研究[D]. 唐雯. 四川农业大学. 2008