通过转基因途径获得植物雄性不育

对利用转基因的方法获得植物雄性不育的研究进展进行了概述 .小孢子发育过程涉及花药发育到花粉粒成熟过程中一系列基因的表达 .这些基因表达的异常往往导致部分或全部的花粉败育 .利用绒毡层特异性启动子或花药特异性启动子驱动一种外来基因的表达可以导致雄性不育 .育性的恢复也可通过转基因技术来实现 .控制植物育性的基因工程将在优势育种中发挥越来越重要的作用 .     

转录因子TDF1对拟南芥雄性不育突变体atms1的温敏调控机制研究

TDF1作为MYB家族的转录因子,参与了胼胝质的降解过程,并控制绒毡层的分化从而影响着花粉粒的正常发育.以一株通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变Col-0野生型拟南芥获得的温敏雄性不育突变体atms1(ambient temperature-sensory male sterility1)对温度敏感机制进行了研究.通过构建TDF1反义RNA表达载体,在atms1突变体背景下抑制TDF1的表达来观察突变体花粉育性的变化,发现在27℃时的atms1突变体花粉的育性得以恢复.这一结果表明在花粉发育的过程中TDF1对ATMS1m具有一定的调控作用.     

转录组分析揭示BAM1/2与SPL调控拟南芥花药发育的功能关系及调控网络

花药的正常发育对于植物正常繁衍和农作物产量都有着至关重要的作用.转录因子SPL及受体蛋白激酶BAM1和BAM2均在调控孢原细胞分化的过程中发挥重要作用.但迄今对其功能关系及下游信号途径仍缺乏深入研究.本文利用高通量转录组测序手段,通过对拟南芥spl、bam1、bam2、bam1bam2突变体花药的转录组对比分析,明确了:1)BAM1和BAM2功能冗余地调控花药绒毡层发育、脂质转运、花粉壁形成等方面,但两者在调控部分基因表达上存在亚功能化;2)SPL与BAM1/2共同调控791个花粉发育、脂类转运和细胞壁形成等过程相关基因的表达,同时BAM1/2特异调控326个脱落酸、水杨酸、茉莉酸信号途径以及水分、防御等胁迫刺激相关基因的表达,而SPL还单独调控3 789个基因的表达,主要参与到生长素合成和信号响应、水分、温度、光等相关的胁迫刺激.以上结果为生殖发育领域相关研究提供了重要参考.     

甘蓝型油菜角果和种子发育相关的Bna-novel-miR432功能分析

为了探究miRNA在油菜花器官发育、角果和种子发育中的功能，本研究在甘蓝型油菜不同发育阶段角果和种子小RNA测序数据分析中，筛选到一个新的miRNA，命名为Bna-novel-miR432，并将其转化至拟南芥中进行功能分析.研究发现过表达Bna-novel-miR432拟南芥开花时间显著提前，并且发现其雄蕊发育存在缺陷，导致雌蕊授粉不完全. 在对其花粉育性进行检测时发现过表达材料花粉育性显著降低. 对角果发育统计发现，过表达拟南芥株系的角果变短，角果中种子数量显著减少，且部分角果存在败育的现象. 此外，在种子发育方面，过表达材料种子中胚的发育也出现滞后的现象. 以上结果表明，Bna-novel-miR432参与调控植物开花时间、雄蕊和花粉的发育以及果实的形成等生物学过程中发挥一定的调控功能.     

十字花科植物花粉发育相关基因的研究

花粉发育是一个极其复杂的过程,众多基因参与其中,这些基因的行为控制着花粉发育的各个关键步骤,从而调控花粉发育的正常进行.从分析以拟南芥为代表的十字花科植物花粉发育基因的行为入手,介绍了十字花科植物花粉发育研究的最新进展,包括目前人们在花粉发育的起始、减数分裂、花粉有丝分裂、生殖细胞有丝分裂,以及绒毡层在花粉发育过程中的作用等方面的认识和理解.     

拟南芥温敏雄性不育突变体atms1的获得及表型分析

从甲基磺酸乙酯（ethylmethane sulfonate,EMS）化学诱变建立的野生型拟南芥（Col-0）突变体文库中筛选到1株突变体.在低温16 ℃时,该突变体的雄性育性与野生型没有显著差异,花粉染色呈现100%可育.随着培养环境温度的升高,突变体花粉育性逐渐下降,因此,该突变体为一温敏雄性不育突变体,并被命名为atms1（ambient temperature-sensory male sterility 1,即环境温度敏感雄性不育1）.花药切片结果显示,在23 ℃以下,该突变体花药各个发育时期的形态与野生型花药没有显著的差异;而27 ℃处理1周后的突变体花药呈现多种表型：同一朵花中各个花药的发育时期出现显著分化,花粉母细胞胼胝体单薄,绒毡层发育滞后于同时期的野生型花药.遗传分析确定,atms1的不育表型是由单个隐性核基因控制的.     

SPL转录因子调控植物花发育及其分子机制研究进展

SPL(squamosa promoter-binding protein-like)转录因子是植物所特有的一类基因家族,广泛存在于绿色植物中,在植物生长发育中具有重要作用。花发育是植物生殖发育中最为重要的一个过程,涉及不同发育方式的转变,即开花决定、花的发端和花器官发生与发育。简要综述了SPL基因的结构与功能并着重阐述了SPL基因在植物花发育过程中的分子机制及生物学功能。最后总结出: SPL转录因子可直接或间接通过参与光周期途径,赤霉素途径及年龄途径来调控植物的开花时间; SPL基因可通过直接激活下游花分生组织特异基因,如LEAFY(LFY),从而调控植物的成花转变; SPL基因可通过与下游花器官特征基因相互作用来调控花器官及其育性的发育,如调控花序、花柄的长度与外形及花器官的大小; SPL基因可调控植物大小孢子发生及雌雄配子体发育。据拟南芥的相关研究结果,初步构绘出拟南芥开花调控中的分子机制。     

拟南芥bHLH家族转录因子DYT1在花药发育过程中调控胼胝质降解(英文)

胼胝质的合成和降解是雄配子体减数分裂过程中的一个重要特征,对后期花粉成熟有重要作用.在此研究中,分离到了一个雄性不育突变体msl57,该突变体的绒毡层分化及胼胝质降解过程出现异常,导致花粉败育.图位克隆和遗传分析表明:MSl57基因与bHLI-I家族转录因子DYTI(At4g21330)是同一基因.因此,将ms157突变体改名为dyt1-2.反式激活作用实验揭示了DYTI的激活功能域位于基因的250 ～504bp之间.通过酵母双杂交实验发现DYT1蛋白在体内可以形成同源二聚体来执行其功能.RT-PCR及定量PCR分析表明胼胝质酶相关基因A6的表达在突变体背景下严重下调.因此,DVF1通过调控胼胝质的降解来影响花药发育过程.     

转水稻osRACD反义基因拟南芥植株的育性分析

利用反义RNA技术,将水稻低分子量GTP结合蛋白基因osRACD反向置于CaMV 35 S启动子的调控下,构成反义基因表达载体pBID,并用真空渗透法转化拟南芥植株.转基因植株的荚果自花谢之后就停止生长,其后荚果便自顶端开始逐渐枯黄并死亡;而对照植株的荚果在花谢之后仍继续生长直到成熟.花粉离体萌发生长实验显示,转基因植株花粉萌发后的生长延伸过程受到抑制,形成短而略粗的花粉管;而对照植株花粉萌发后的生长状况正常,形成长圆柱形的花粉管.这些结果表明,osRACD基因的功能是参与控制花粉管的生长延伸过程,其编码的蛋白质可能是调控光敏核不育水稻58S育性的重要因子之一.     

osRACD基因表达与光敏核不育水稻光周期育性转换的相关性

为检测水稻低分子量GTP结合蛋白编码基因osRACD与光敏核不育水稻农垦58S光周期育性转换的相关性,用农杆菌介导转化和潮霉素抗性筛选获得了大量的转基因水稻植株.通过PCR、Southern杂交、RT-PCR和Northern检测等,证明反义osRACD基因和正义osRACD基因均已分别在转基因农垦58N和58S水稻植株的幼穗中得到了稳定的表达.成熟转基因植株的自交结实率统计分析表明,反义osRACD基因的表达大大降低了转基因58N水稻植株的育性,其平均结实率明显低于对照植株;而正义osRACD基因在转基因58S水稻植株的幼穗中表达后,使得长日下生长的、本来不育的58S植株的育性得到一定程度上的恢复,有的植株的结实率还高于短日下生长的对照植株;而且,osRACD基因表达水平越高的转基因58S植株,其对应的结实率也越高.降低幼穗中内源osRACD基因的表达水平会导致转基因58N水稻植株的育性降低,恢复长日下生长的转基因58S水稻植株幼穗中osRACD基因的表达,则可恢复其育性.这表明,osRACD基因的表达参与了农垦58S光周期育性转换的调控过程.这是第一个报道的参与光信号传导与光敏核不育水稻光周期育性调控的低分子量GTP结合蛋白的编码基因.     

花粉发育的电镜研究进展

本文扼要介绍花粉发育的超微结构研究概况;内容包括①小孢子母细胞减数分裂过程中胼胝质壁的积累,胞质融合和胞质重组的形态变化和生物学意义;②雄配子体发育中细胞器的分布、生殖细胞的分裂方式以及雄性生殖单位与精子异型性概念的提出;③花粉的外壁模式与内部结构及其壁蛋白的分布与功能;④花粉败育的形态表现和机理探讨。     

植物生殖与胚胎发育过程中的细胞程序性死亡

生殖与胚胎发育过程中植物细胞程序性死亡（ＰＣＤ）的典型特点在于它的细胞类型特异性。即在特定时期，只有特定的细胞才会发生ＰＣＤ。介绍了植物生殖和胚胎发育过程中各种类型的细胞在特定时期所发生的ＰＣＤ的形态和生化特征。这些ＰＣＤ类型包括大小孢子的退化、单性花的形成、性别决定、心皮通化、花粉发育及绒毡层的解体、胚胎发育过程中胚柄及糊粉层的消失以及体细胞胚胎发生等。同时对植物生长和发育过程中ＰＣＤ的作用及其     

超微结构显示拟南芥花粉壁孢粉素沉积模式及外壁内层的形成

花粉壁由外壁和内壁组成,外壁又分为外壁外层和外壁内层.外壁由绒毡层控制,而内壁由小孢子自身控制.自从有了电子显微镜,就了解到花粉壁有三层结构.花粉外壁内层是高度保守的结构,只有在电镜下才能观察到,但是对其如何形成并不清楚.最近报道了模式植物拟南芥中TEK基因特异调控外壁内层的形成,在该突变体中外壁内层特异缺失而外壁外层能正常形成(Nature communications 5:3855).本文在该项工作的基础上,对模式植物拟南芥花粉壁形成过程进行全面深入分析.发现在四分体的细胞周质中存在的深灰色物质可能是外壁内层成分的前体,其组成成分可能与孢粉素有所不同,当小孢子从四分体中释放时,这些前体物质能够迅速组装成外壁内层.在此基础上,提出了一个拟南芥花粉外壁的发育模型:在减数分裂形成的四分体中,胼胝质壁和小孢子质膜间形成初生外壁.随后小孢子质膜显示出波浪型结构,绒毡层分泌的孢粉素沉积在波浪型质膜顶端发育成外壁外层结构,而绒毡层分泌的外壁内层物质积累在小孢子质膜表面发育成外壁内层结构.四分体胼胝质壁完全降解释放小孢子后,在外壁内层和小孢子质膜间形成内壁.这一包含花粉壁三层结构的模型不仅有助于其他植物物种花粉壁结构和形成过程的了解,也有助于花粉壁分子机理的深入研究.     

拟南芥ACOS5基因启动子的克隆和表达载体构建

花药组织特异性启动子在花药发育的分子遗传学中有重要的研究价值.采用PCR方法克隆了1kb长度的ACOS5基因启动子,并将其连入含有GFP基因的拟南芥表达载体p1300中.电激转化农杆菌GV3101后,通过农杆菌介导转化拟南芥,获得转基因植株.显微观察显示,转基因植物花药只在绒毡层中有荧光表达.这说明ACOS5基因启动子可以在拟南芥花药中驱动外源GFP基因的特异性表达.     

重庆温光型小麦雄性核不育系C49s小孢子发生和发育的细胞学研究

作者对重庆温光型小麦雄性核不育系“C4 9s”、普通小麦“6 9”及不育系“C4 9s 87”与普通小麦“94 6 4”的杂种F1代雄性器官进行切片观察 ,发现其雄配子发育从花粉母细胞减数分裂间期到二分孢子时期绒毡层差异不大 .在减数分裂前期Ⅱ到中期Ⅱ ,不育系绒毡层细胞部分呈双核、三核增大细胞 ,部分出现核解体 ,而普通小麦“6 9”与“C4 9s 87/94 6 4”的杂种F1代中没有出现该现象 .不育系绒毡层细胞比可育系迟解体 .从单核早期开始 ,不育系小孢子发育不正常 ,表现为小孢子收缩变形 ,无核或有核细胞质稀薄 ,细胞核不能定向移动到萌发孔的对侧 .“C4 9s”败育的原因可能与绒毡层发育及液泡的动态性有关 .败育的高峰为单核期 .     

水稻中ACOS5同源基因在小穗中的表达分析

ACOS5是控制拟南芥雄性育的关键基因之一,它也是编码花粉素合成必需的酶.利用氨基酸同源序列分析,在数据库中检索与拟南芥ACOS5同源性较高的植物同源蛋白.将检索出的水稻中同源氨基酸序列与ACOS5进行比对,两者一致性为64%.并且通过同源蛋白系统发生分析,两者在进化上关系也较为密切.根据水稻中同源蛋白基因组序列设计引物,进行低温处理下该基因在小花发育各时期的表达量分析.半定量RT-PCR显示,在水稻小孢子母细胞形成期其表达量较低,而当小孢子开始减数分裂时,表达量急剧增高.在这两个时期,低温(20℃)会诱导OsACOSmRNA积累增加;但当处于小孢子形成阶段时,低温下积累量却呈现相反的降低趋势.这说明环境温度显著影响水稻中ACOS5同源基因的转录表达,而这种影响与小花发育时期有关,提示水稻ACOS基因可能参与环境温度调控水稻雄性育性的过程.     

利用RNAi沉默技术对水稻OsHAD1基因的功能分析

生物信息学分析推测了水稻OsHAD1基因属于HAD(haloacid dehalogenase)超级家族水解酶.为研究其功能,本实验设计构建了OsHAD1-RNAi载体,通过农杆菌介导的方法转化水稻,成功获得了转基因植株.结果表明,转基因植株与野生型(日本晴)相比,转基因植株从T0代到T2代结实率均有20%～50%的降低;实时荧光定量PCR分析显示,T2代独立转基因植株中OsHAD1基因的表达量均有50%以上的下调;花粉染色结果显示,转基因植株花粉染色异常,败育率高,平均败育率达71.19%;石蜡切片结果显示,转基因植株花粉形状不规则,在花粉囊中排列松散,并且植株表现出明显的雄性不育.因此,推测OsHAD1基因参与水稻的生殖发育.     

花药绒毡层发育的转录调控机制研究进展

绒毡层是花药药室最内部的一层体细胞结构,在花粉的形成、发育和成熟方面发挥重要的作用.研究表明绒毡层的发育是一个短暂而复杂的过程,受到很多基因的精密调控.本文总结了调控绒毡层发育的关键转录因子及其主要调控网络,并对关键转录因子在绒毡层发育过程中发挥的调控作用进行了综述.     

雄性不育和雄性能育小麦花药和花粉发育的细胞形态学观察

本工作是小麦雄性不育杂种优势利用研究项目的一部分。从细胞形态学的角度,研究小麦细胞质雄性不育系及其保持系花药和花粉的发育,为探索雄性不育性的机理提供资料。 发应用石腊切片法,对小麦“早熟1号”和“北京8号”细胞质雄性不育系及其保持系花药的发育过程进行了观察,得到如下的结果: (1)不育系花粉的败育,在发育的各个时期都发生,但败育的关键时期是在小孢子发育后期,具大液泡的小孢子不能进入配子体发育阶段。 (2)不育系花药和花粉的发育,在小孢子发育早期以前,百分之九十以上与保持系相似,是正常的,少数表现异常而导致败育。异常现象有:①药室合并;②小孢子母细胞解体,绒毡层正常发育,③小孢子母细胞互相粘连形成多核原生质团;④解体的小孢子母细胞与绒毡层融合形成多核原生质团;⑤药室中除正常发育的小孢子母细胞或小孢子外,还出现异常的巨型细胞;⑥绒毡层提前在小孢子发育早期解体,并形成多核的原生质团;⑦绒毡层肥大生长。     

水稻无花粉型雄性不育突变体H2S的细胞学研究

将一份水稻自然突变材料与其正常亲本连续回交得到一无花粉型雄性不育突变体H2S.与野生型相比,突变体花药瘦小,呈白色水浸状,无成熟花粉粒.细胞学研究发现H2S突变体在四分体时期之前花药发育正常,但当小孢子释放后,突变体小孢子开始降解,且此时绒毡层也表现不正常降解.当正常小孢子发育到单核靠边期时,突变体小孢子和绒毡层降解完全,仅在花药内壁残留绒毡层残迹.