植物雄性不育的遗传机制探讨

本文评述了雄性不育性的遗传分类、细胞质育性因子、核质互作方式、环境调控、遗传操作等方面的研究进展，提出了解释雄性不育产生的双基因模型假说，认为控制雄性育性表达有二类核基因，一类是控制小孢子发生过程的基因（花粉发育结构基因），另一类是调控花纷发育结构基因表达条件的基因（调节基因），这二类基因任一发生突变均将产生遗传的雄性不育，细胞质（内环境）和生境（外环境）通过调控调节基因的表达成其产物，使得花纷发育结构基因表达所需条件不能满足而导致雄性不育．     

从花粉肌动蛋白到作物雄性不育

肌动蛋白在动植物细胞的生命活动中担负着重要任务. 花粉细胞中含有丰富的肌动蛋白,其结构及性质与动物肌动蛋白极其相似. 植物肌动蛋白基因的碱基序列及氨基酸序列与动物的序列亦极为相似. 植物细胞质雄性不育系植株的花粉比其保持系花粉中的肌动蛋白含量低得多. 在植物发育过程中肌动蛋白基因的表达有明显的器官特异性,在花粉中的表达量比根、茎、叶中高得多. 构建了肌动蛋白反义基因的表达质粒,转移到小麦和番茄原生质体中,以抑制花粉中肌动蛋白基因的表达,从而获得雄性不育植株. 转基因植株花粉中的肌动蛋白明显减少,而雌芯却不受影响. 此项研究为培育作物雄性不育系开辟了新途径.     

茎瘤芥胞质雄性不育性与线粒体T基因选择性剪接有关

本研究从茎瘤芥胞质雄性不育（cytoplasmic male sterile, CMS）系线粒体cDNA中扩增获得了CMS相关T基因的两个不同转录本，分别命名为T1170和T1243．序列分析表明其中T1243是一个保留了内含子的转录本，该内含子具备Ⅱ型内含子基本特征．这两个转录本是T基因选择性剪接的产物．RT-PCR分析表明，在苗期，T基因转录水平的表达以T1170转录本为主；随着发育时期变化，该转录本表达逐渐减少，而另一个转录本T1243表达丰度增加；到盛花期，该基因的表达以后者为主．Northern杂交验证了这一结果．推断茎瘤芥胞质雄性不育性和T基因转录后选择性剪接有关．     

小麦雄性不育基因的鉴定和杂种优势利用

雄性不育是杂种优势利用的重要性状.作物雄性不育基因的鉴定加深了人们对花药和花粉发育分子机理的认知,并使许多基于生物技术的雄性不育系统在作物杂交育种中的开发和有效利用成为可能.与水稻、玉米等作物相比,由于基因组相对复杂,小麦雄性不育基因的研究进展较为滞后,仅有部分基因被定位或克隆.同时,小麦作为主要的粮食作物,目前仍未实现杂交种规模生产和杂种优势的大面积利用,加速小麦杂交种生产和杂种优势利用研究对保障国家粮食安全具有重要意义.本文总结了近年来小麦雄性不育基因的鉴定,以及其在杂交种生产中的应用研究情况,并对新一代小麦杂交种生产技术研究中存在的问题进行了探讨,为后续麦类作物雄性不育基因的进一步研究与利用提供参考.     

利用微卫星标记定位水稻红莲型细胞质雄性不育恢复基因

以 (丛广 41A×密阳 2 3)×丛广 41B回交群体为基因定位群体 ,采用群分法 ,对红莲型细胞质雄性不育恢复基因进行了定位 .在 1 5 9对微卫星引物中 ,微卫星标记RM2 5 8与红莲型细胞质雄性不育恢复基因连锁 ,从而将该基因定位于水稻第 1 0染色体上 ,距RM2 5 8约 7.8cM ,恢复基因在染色体上可能是成簇分布的     

红莲型细胞质雄性不育线粒体相关嵌合基因的发现

以水稻红莲型（HL）粤泰细胞质雄性不育系A和保持系B及杂种一代F1为研究材料，以在DNA和RNA水平均存在差异的atp6基因为探针，筛选A和B的线粒体基因组文库，找到了与红莲型细胞质雄性不育相关的嵌合基因orfH79。该基因位于atp6基因的下游，由coxI的部分编码序列以及一段未知来源的序列构成。PCR和Southern分析均证实了orfh79不育胞质线粒体的特异性。     

节节麦细胞质小麦隐性基因控制雄性不育材料的研究

为了使小麦杂种优势利用的研究取得突破性的进展,非常需要寻找新的雄性不育细胞质来源。有人推测以节节麦(Aegilops squarrosa)细胞质为基础,培育不育系的生产杂交小麦新体系,可能是较为理想的。然而,因为节节麦-小麦核质杂种都是可育的,虽然通过诱变处理得到个别雄性不育突变体,但至今还没有得到理想的隐性基因控制雄性不育材料。     

运用cDNA缩减杂交法克隆水稻花粉发育有关的cDNA

花粉母细胞减数分裂期是花粉发育和形成的一个重要时期 .为了克隆此时期水稻花粉发育的基因 ,以可育系安农N及其温敏核雄性不育突变体安农S 1为材料 ,先抽提花粉母细胞减数分裂期幼穗的mRNA ,然后采用cDNA缩减杂交法 ,成功地克隆了RP 1 ,RP 2和RP 33个cDNA .Northern杂交分析表明 ,这 3个cDNA相对应的mRNA都只在花药中表达 ,而不在叶中表达 ,而且在安农S 1中的表达量 ,也明显低于在安农N中的表达量 .其次 ,在高温 (≥ 2 8℃ )下生长的安农S 1的表达量也明显低于在较低温 (≥ 2 5℃ )下生长的安农S 1 .经序列同源性分析 ,尚未发现与RP 1 ,RP 2和RP 3序列同源的基因 .以上结果显示这 3个是新的与水稻花粉发育有关的基因     

应用分子生物学方法诱导植物雄性不育:生物学基础和前景

本文着重介绍了花药和花粉发育过程中基因表达的特点和复杂性,花药和花粉的特异性基因以及特异性基因的调节等方面的研究进展,讨论了应用上述特异性基因的调节序列与一定的目的基因(如核糖核酸酶基因)构建的嵌合基因诱导植物雄性不育的前景和这种分子生物学方法在作物杂种优势利用过程中遇到的问题。     

水稻野败型细胞质雄性不育的发现利用与分子机理

野败型细胞质雄性不育(CMS-WA)野生稻的发现和研究利用是实现杂交水稻"三系"配套育种和杂种优势利用的关键,也是人类挖掘和利用野生物种资源服务于农业生产的成功典范,对粮食安全发挥了重要的作用.本文回顾了野败型细胞质雄性不育野生稻的发现以及遗传育种研究和利用的历程,重点介绍野败型细胞质雄性不育性及其恢复性的分子机理和起源进化研究的最新进展.1970年,袁隆平团队在海南发现了细胞质雄性不育野生稻.随后我国许多遗传育种学家利用该材料为不育细胞质供体,于20世纪70年代初育成了野败型细胞质雄性不育系,完成了基于"三系"配套的杂交稻育种体系,实现了杂交稻大规模商业化应用,获得了显著的增产效果.经过长期的研究,我国科学家成功克隆了野败型细胞质雄性不育基因WA352和恢复基因Rf4,阐明了WA352复杂的起源进化机制.研究揭示了WA352蛋白通过与核基因表达的线粒体定位蛋白COX11相互作用,诱导花药绒毡层异常降解和花粉不育,RF4通过降低WA352转录本水平恢复育性,阐明了植物CMS/Rf系统不同层次的核质互作控制雄性不育发生和育性恢复的分子作用机理.本文还探讨了今后杂交稻育种发展的重点和方向.     

链霉素诱导水稻雄性不育研究的初步探讨

有些研究者全盘否定应用诱变剂人工获得雄性不育的可能性,认为植物雄性不育只能在种间及属间杂交时胞核和胞质不相适应才能获得。近年来有些研究者报道,用人工诱导的方法获得了高粱、玉米、洋葱、胡萝卜、软粒小麦、糖用甜菜等作物的雄性不育系。能引起雄性不育的诱变剂:秋水仙碱、乙烯亚胺、N-亚硝基甲基尿素、链霉素、硫酸二乙脂、γ-射线和快中子,等人曾用链霉素处理玉米幼苗的方法诱导雄性不育,获得了高世代的玉米雄性不育,美国用链霉素诱导产生了玉米的CMS,并将这一专利给了苏联,但到目前还未利用。     

“矮败”小麦的选育及利用前景

我国发现的太谷核不育小麦是受显性单基因控制的雄性不育材料,它的显性雄性不育基因Ms2(原基因符号为Ta1)位于4D染色体短臂上.太谷核不育小麦作为一个遗传改良工具已广泛用于我国的小麦育种实践.矮变一号是陕西省西安市农业科学研究所从小麦品种矮秆早中选出的矮秆天然突变体,是小麦的重要矮源之一.遗传研究表明,矮变一号的矮秆性受显性单基因Rht10控制,该基因也位于4D染色体短臂上.为了拓宽太谷核不育小麦的应用范围和提高它的应用效能,我们以矮秆为标记性状,开展了太谷核不育小麦附加标记性状的研究.     

金鱼中vsx1基因抑制脊索中胚层发育调节基因ntl的表达

vsx1是最先在金鱼中发现, 在神经视网膜双极细胞的增殖、分化和正常生理功能维持中具有重要作用的转录因子基因. 在已经检测的脊椎动物物种中, 该基因都在胚胎发育的早期即开始表达, 而且其在不同物种中的时空表达模式相似, 提示该基因在胚胎发育早期可能具有重要的调节功能. 但vsx1在眼睛发育之外的发育调节功能研究尚无报道. 本研究对金鱼vsx1过表达和功能抑制对胚胎形体模式形成的影响进行了分析, 发现抑制vsx1的功能及其过表达都能严重干扰胚胎背中线脊索结构的发育. 基因表达原位杂交分析表明, vsx1过表达能显著抑制脊索中胚层发育关键调节基因ntl在背中线的表达, 而vsx1被抑制则ntl在背中线的表达范围显著扩展. 凝胶阻滞分析证明VSX1蛋白作为转录因子可与ntl启动子的特定序列直接结合. 基因表达分析证明, vsx1能有效抑制ntl启动子控制的报告基因GFP转录. 这些结果都证明, vsx1能直接抑制脊索中胚层发育关键调控基因ntl的表达, 提示vsx1在胚胎发育早期的主要功能之一可能是抑制脊索中胚层基因在神经管中异位表达, 以保障中枢神经系统按正确的模式发育.     

基于隐性核雄性不育系的杂交小麦制种技术研究进展、问题与展望

小麦作为人类最重要的粮食作物之一,面临大幅提高产量以满足人口持续膨胀的挑战,而杂交小麦被认为是提高小麦产量的首选途径.作为自花授粉作物,小麦杂交种的生产应用需要稳定的雄性不育母本和高效经济的杂交育种体系.相比其他雄性不育材料,小麦隐性细胞核雄性不育具有不育性稳定、恢复源广泛等优点,是建立杂交育种体系理想的母本材料.本文综述了近年来小麦隐性细胞核雄性不育突变体的研究进展,包括正向遗传学的基因克隆和通过基因编辑技术获得的多重突变体.本文详述了国内外通过染色体操作建立的小麦杂交育种体系,分析了各体系的优缺点及改进措施,以及利用分子设计育种建立的小麦第三代杂交育种体系的研究进展,并讨论了提高小麦杂种优势、降低杂交种生产成本和播种量的必要性与相应解决方案.     

β-罗勒烯信号分子诱导的防御基因表达模式

β-罗勒烯是近年来发现的一种植物通讯信号分子，现在只了解β-罗勒烯能诱导离体叶片中与水杨酸有关的防御基因的表达．但是到目前为止还不了解β-罗勒烯能否诱导完整植株中防御基因的表达，它在植物防御基因表达模式中起着什么作用．本文报道了对β-罗勒烯作用研究的三个新结果．第一，β-罗勒烯能够诱导完整植株中防御基因的表达；第二，顺式-β-罗勒烯和反式-β-罗勒烯两种同分异构体都能诱导防御基因的表达,但作用方式不同，第三，罗勒烯能消除茉莉酸和水杨酸两信号传递途径之间的拮抗作用．     

玉米叶绿体与细胞质雄性不育性

细胞质雄性不育性是核外遗传的一种形式,它的遗传机理长时期处于“细胞质基因”和“质体基因”等假说的支配之下,未能得到真正阐述。叶绿体DNA(ct-DNA)及线粒体DNA(mt-DNA)发现之后、有一部分研究者根据核酸限制性内切酶对DNA消化所产生限制性片段的     

转录因子AtMYB103是拟南芥花药发育必需基因

在花药发育过程中,绒毡层细胞为花粉发育提供胼胝质酶、合成花粉外壁酶及花粉成熟所需的其他营养物质.许多绒毡层发育关键基因的突变都会导致花粉发育缺陷,从而导致突变体呈现雄性不育的性状.     

从灭活病毒诱导的培养细胞中鉴定鱼类抗病毒相关基因

紫外线灭活的草鱼出血病病毒(GCHV)能诱导鲫鱼囊胚培养细胞(CAB)产生高滴度的干扰素并抵抗病毒入侵, 其机制可能是通过诱导一组抗病毒相关基因的表达, 而使寄主细胞建立起抗病毒状态. 利用抑制性差减杂交技术, 构建了灭活病毒诱导鱼类培养细胞基因差异表达的差减cDNA文库. 从差减文库中筛选鉴定出272个差异cDNA片段, 测序分析发现它们为69个基因, 其中46个为已知基因的同源物, 23个为未知的假定基因. 已知基因包括Ⅰ型干扰素信号通路的基因Stat1和Jak1, 抗病毒基因Mx和Viperin, 以及一系列干扰素激活基因或免疫相关基因. 23个未知的假定基因多数具有富含AU成分的序列. 虚拟Northern杂交和RT-PCR进一步证实这些基因在灭活病毒诱导的细胞中差异表达. 意味着灭活GCHV不仅能诱导CAB细胞分泌干扰素, 而且还导致一系列重要抗病毒相关基因或免疫相关基因的表达, 揭示鱼类干扰素系统的信号转导途径和抗病毒机制与哺乳类基本相似.     

棉花胞质雄性不育育性恢复基因的RAPD-PCR标记筛选

棉花具有十分明显的杂种优势,利用棉花杂种优势已成为一种提高产量、品质和抗病性的有效途径。目前国内外都十分关注棉花胞质雄性不育系的研究和利用。60年代以来,Meyer等人先后培育了具有异常棉(G.anomalum)、亚洲棉(G.arboreum)、哈克尼西棉(G.harknessii)胞质雄性不育系,并实现了三系配套。印度用哈克尼西棉胞质不育系筛选出杂种棉组合MECH4在生产上利用。最近Stewart(1992),贾占昌(1990),周世象(1992,私人通讯)也分别选育出了三裂棉(G,trilobum)、陆地棉、海岛棉(G.barbadense)胞质不育系。它们的利用价值尚待进一步研究。南京农业大学棉花遗传育种室对我国现有的3种棉花细胞质雄性不育系进行了多学科的理论研究。鉴于目前国内外现有的不育系、恢复系的产量都比较低,不易选育出高产的胞质雄性不育杂种棉这一现状,从90年代初也开始了大规模的不育系、恢复系回交转育工作。为了提高恢复系选育的效率,更是为了筛选步移克隆Rf基因分子探针,我们开展了我国棉花104-7A胞质雄性不育育性恢复基因RAPD-PCR标记的筛选研究。本文是棉花重要农艺性状分子标记(RFLP或RAPD-PCR)筛选成功的首次报道。     

斯氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri A1501氧胁迫下基因表达谱研究

斯氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri A1501分离自我国南方水稻田, 在低铵和微好氧条件下能紧密结合在水稻根表, 并侵入根内生长和固氮. 为探讨氧对A1501基因组表达的影响, 利用全基因组芯片技术, 研究不同氧浓度(0.5%, 21%)下A1501基因组表达谱, 结果表明: (ⅰ) 67个基因在高氧浓度下表达上调2倍以上, 其中17个基因的功能未知; (ⅱ) 68个基因在高氧条件下表达, 其中约50%的基因参与固氮或反硝化. 实时定量RT-PCR验证结果表明, 4个编码氧化还原酶的基因和7个编码胞外夹膜多糖和抗原寡糖合成的基因在高氧下表达上调, 其中sodC在高氧下表达上调2.7倍、编码黄素单胺氧化酶相关蛋白的基因PST1610表达上调2.2倍、编码α-酮戊二酸-铁氧化酶族氧化还原酶的基因PST3584表达上调3.2倍、编码NAD依赖型氧化还原酶的基因PST2179表达上调2.9倍. 这些基因及其表达产物可能在A1501氧保护机制中发挥作用.