植物线粒体基因组内特殊的开放阅读框(open reading frame,ORF)导致植物不产生雄配子或产生的雄配子无法正常受精,这种现象被称为细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)。CMS材料雄配子稳定败育的特性使其在杂交种商业化生产...植物线粒体基因组内特殊的开放阅读框(open reading frame,ORF)导致植物不产生雄配子或产生的雄配子无法正常受精,这种现象被称为细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)。CMS材料雄配子稳定败育的特性使其在杂交种商业化生产中一直扮演着重要角色,有效降低了制种成本,提高了杂交种纯度。随着对CMS现象研究的深入,新的CMS材料通过各种手段被不断创制出来,相关的不育基因也逐渐被定位和克隆。该文首先概述了目前对CMS基因进化的研究和常用CMS材料及其相关CMS基因的挖掘情况,随后总结了CMS材料在物质能量代谢、激素水平等方面的表型特点。同时整合了当前对CMS分子机制的几种假说,并结合实验证据提出对CMS分子机制的观点。以期在总结当前细胞质雄性不育研究的基础上对未来更加深入的理论和实验研究提供参考。展开更多
水稻分蘖角度是构建理想株型的关键因素,雄性不育株系是杂交水稻育种的重要种质资源。为进一步解析分蘖角度和花粉发育的调控机制,本研究通过农艺性状调查、育性检测、扫描和透射电镜观察等方法,比较野生型S40和经甲基磺酸乙酯(EMS)诱...水稻分蘖角度是构建理想株型的关键因素,雄性不育株系是杂交水稻育种的重要种质资源。为进一步解析分蘖角度和花粉发育的调控机制,本研究通过农艺性状调查、育性检测、扫描和透射电镜观察等方法,比较野生型S40和经甲基磺酸乙酯(EMS)诱变得到的散生雄性不育突变体lpms1(lazy and partially male sterile 1)的表型差异。结果表明,与野生型相比,lpms1突变体的分蘖角度增大,育性降低,并伴随株高、粒长、穗粒数、结实率和千粒重等重要性状不同程度降低。扫描和透射电镜观察到lpms1的成熟花粉粒表面皱缩、空瘪,内容物不充实,花粉壁异常。实时荧光定量PCR(q RT-PCR)结果显示,lpms1突变会引起花粉发育相关基因的表达发生差异。遗传分析结果表明,lpms1是单基因隐性突变。利用株型紧凑材料与lpms1杂交构建F_(2)群体,结合分离群体分组分析测序方法(BSA-seq)和图位克隆方法进行基因定位。最终,LPMS1基因定位于第5号染色体插入缺失(Indel)标记A3与A4之间298 kb的范围内,该区间有38个开放阅读框(ORFs),但无分蘖角度和花粉发育相关基因报道。LPMS1是新的分蘖角度和花粉发育基因,该基因突变会同时引起水稻分蘖角度增加、育性降低。本研究结果为水稻分蘖角度和花粉发育的调控机制研究以及水稻株型和育性改良种质的创制提供了新的遗传资源。展开更多
【目的】“三系”法是选育杂交大豆的主要途径,但恢复系中仅有少数大豆恢复基因被克隆,为挖掘更多新恢复基因,从而促进多基因聚合的强恢复系选育,提高杂种F1的育性稳定性。【方法】以大豆细胞质雄性不育系JLCMS5A和其恢复系JLR2为材料,...【目的】“三系”法是选育杂交大豆的主要途径,但恢复系中仅有少数大豆恢复基因被克隆,为挖掘更多新恢复基因,从而促进多基因聚合的强恢复系选育,提高杂种F1的育性稳定性。【方法】以大豆细胞质雄性不育系JLCMS5A和其恢复系JLR2为材料,采用转录组测序技术分析JLCMS5A和JLR2花蕾不同时期的转录水平变化,挖掘调控育性恢复和花蕾发育进程的相关基因和通路。进一步对具有恢复基因特征编码PPR(pentatricopeptide repeat)蛋白的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)进行基因注释、序列差异分析、RT-qPCR验证、系统进化分析及蛋白结构预测,挖掘育性恢复相关基因。【结果】转录组测序鉴定到17181个DEGs,其中有3856个DEGs与发育时期相关,2808个DEGs与育性相关。GO(geneontology)功能注释表明,与育性相关的DEGs主要富集在ADP结合、核酸结合转录因子活性和蛋白激酶活性等功能类别,与发育时期相关的DEGs主要富集在蛋白质异源二聚化活性、DNA复制和DNA结合等功能类别。KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)富集分析表明,育性相关DEGs主要参与内质网蛋白质加工、葡萄糖苷酸生物合成和植物激素信号转导等与蛋白质、糖类和信号转导密切相关的代谢通路,发育时期相关DEGs主要参与DNA复制、错配修复、淀粉和蔗糖代谢等与细胞分裂和能量物质降解密切相关的代谢通路。育性恢复候选基因分析发现,JLR2中的Glyma.09G176400可能在调控大豆细胞质雄性不育育性恢复过程中起到一定作用。【结论】共鉴定到3856个与发育时期相关的DEGs,2808个与育性相关的DEGs;鉴定出具有恢复基因特征编码PPR蛋白的DEGs15个;挖掘了1个育性恢复相关基因Glyma.09G176400。展开更多
采用固相pH梯度-SDS PAGE双向电泳对红莲型细胞质雄性不育水稻的不育系(YTA)和保持系(YTB)单核期花粉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。Image Master 2DV5.0软件可识别约1800个蛋白质点,其中...采用固相pH梯度-SDS PAGE双向电泳对红莲型细胞质雄性不育水稻的不育系(YTA)和保持系(YTB)单核期花粉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。Image Master 2DV5.0软件可识别约1800个蛋白质点,其中差异表达的蛋白质点数为85。将其中16个差异点采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(matrix assisted laser desorption/ionizaton time of flight mass spectrometry,MALDI-TOF-MS)进行了肽质指纹图分析,通过采用Mascot软件对MSDB数据库查询,其中9个蛋白质点得到了鉴定。YTA相对于YTB有部分参与碳代谢和淀粉合成的酶缺失或表达量降低,这些蛋白质分别是ADP-葡萄糖磷酸转移酶(AGPase),UDP-葡萄糖醛酸脱羧酶,乙酰辅酶A合成酶和二氢硫辛酸脱氢酶等。其中AGPase是参与淀粉合成的蛋白,与花粉发育密切相关。乙酰辅酶A合成酶和二氢硫辛酸脱氢酶是细胞内合成乙酰辅酶A的重要酶,而乙酰辅酶A是进入TCA循环的重要底物,乙酰辅酶A的缺乏可以导致TCA循环不能顺利进行,从而不能提供小孢子发育所需要的大量能量。YTA相对于YTB部分参与碳水化合物代谢的重要酶缺失或表达量降低,有可能导致因线粒体提供的能量不足,淀粉合成受阻,因而花粉不能正常发育。展开更多
文摘植物线粒体基因组内特殊的开放阅读框(open reading frame,ORF)导致植物不产生雄配子或产生的雄配子无法正常受精,这种现象被称为细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)。CMS材料雄配子稳定败育的特性使其在杂交种商业化生产中一直扮演着重要角色,有效降低了制种成本,提高了杂交种纯度。随着对CMS现象研究的深入,新的CMS材料通过各种手段被不断创制出来,相关的不育基因也逐渐被定位和克隆。该文首先概述了目前对CMS基因进化的研究和常用CMS材料及其相关CMS基因的挖掘情况,随后总结了CMS材料在物质能量代谢、激素水平等方面的表型特点。同时整合了当前对CMS分子机制的几种假说,并结合实验证据提出对CMS分子机制的观点。以期在总结当前细胞质雄性不育研究的基础上对未来更加深入的理论和实验研究提供参考。
文摘水稻分蘖角度是构建理想株型的关键因素,雄性不育株系是杂交水稻育种的重要种质资源。为进一步解析分蘖角度和花粉发育的调控机制,本研究通过农艺性状调查、育性检测、扫描和透射电镜观察等方法,比较野生型S40和经甲基磺酸乙酯(EMS)诱变得到的散生雄性不育突变体lpms1(lazy and partially male sterile 1)的表型差异。结果表明,与野生型相比,lpms1突变体的分蘖角度增大,育性降低,并伴随株高、粒长、穗粒数、结实率和千粒重等重要性状不同程度降低。扫描和透射电镜观察到lpms1的成熟花粉粒表面皱缩、空瘪,内容物不充实,花粉壁异常。实时荧光定量PCR(q RT-PCR)结果显示,lpms1突变会引起花粉发育相关基因的表达发生差异。遗传分析结果表明,lpms1是单基因隐性突变。利用株型紧凑材料与lpms1杂交构建F_(2)群体,结合分离群体分组分析测序方法(BSA-seq)和图位克隆方法进行基因定位。最终,LPMS1基因定位于第5号染色体插入缺失(Indel)标记A3与A4之间298 kb的范围内,该区间有38个开放阅读框(ORFs),但无分蘖角度和花粉发育相关基因报道。LPMS1是新的分蘖角度和花粉发育基因,该基因突变会同时引起水稻分蘖角度增加、育性降低。本研究结果为水稻分蘖角度和花粉发育的调控机制研究以及水稻株型和育性改良种质的创制提供了新的遗传资源。
文摘【目的】“三系”法是选育杂交大豆的主要途径,但恢复系中仅有少数大豆恢复基因被克隆,为挖掘更多新恢复基因,从而促进多基因聚合的强恢复系选育,提高杂种F1的育性稳定性。【方法】以大豆细胞质雄性不育系JLCMS5A和其恢复系JLR2为材料,采用转录组测序技术分析JLCMS5A和JLR2花蕾不同时期的转录水平变化,挖掘调控育性恢复和花蕾发育进程的相关基因和通路。进一步对具有恢复基因特征编码PPR(pentatricopeptide repeat)蛋白的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)进行基因注释、序列差异分析、RT-qPCR验证、系统进化分析及蛋白结构预测,挖掘育性恢复相关基因。【结果】转录组测序鉴定到17181个DEGs,其中有3856个DEGs与发育时期相关,2808个DEGs与育性相关。GO(geneontology)功能注释表明,与育性相关的DEGs主要富集在ADP结合、核酸结合转录因子活性和蛋白激酶活性等功能类别,与发育时期相关的DEGs主要富集在蛋白质异源二聚化活性、DNA复制和DNA结合等功能类别。KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)富集分析表明,育性相关DEGs主要参与内质网蛋白质加工、葡萄糖苷酸生物合成和植物激素信号转导等与蛋白质、糖类和信号转导密切相关的代谢通路,发育时期相关DEGs主要参与DNA复制、错配修复、淀粉和蔗糖代谢等与细胞分裂和能量物质降解密切相关的代谢通路。育性恢复候选基因分析发现,JLR2中的Glyma.09G176400可能在调控大豆细胞质雄性不育育性恢复过程中起到一定作用。【结论】共鉴定到3856个与发育时期相关的DEGs,2808个与育性相关的DEGs;鉴定出具有恢复基因特征编码PPR蛋白的DEGs15个;挖掘了1个育性恢复相关基因Glyma.09G176400。
文摘采用固相pH梯度-SDS PAGE双向电泳对红莲型细胞质雄性不育水稻的不育系(YTA)和保持系(YTB)单核期花粉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。Image Master 2DV5.0软件可识别约1800个蛋白质点,其中差异表达的蛋白质点数为85。将其中16个差异点采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(matrix assisted laser desorption/ionizaton time of flight mass spectrometry,MALDI-TOF-MS)进行了肽质指纹图分析,通过采用Mascot软件对MSDB数据库查询,其中9个蛋白质点得到了鉴定。YTA相对于YTB有部分参与碳代谢和淀粉合成的酶缺失或表达量降低,这些蛋白质分别是ADP-葡萄糖磷酸转移酶(AGPase),UDP-葡萄糖醛酸脱羧酶,乙酰辅酶A合成酶和二氢硫辛酸脱氢酶等。其中AGPase是参与淀粉合成的蛋白,与花粉发育密切相关。乙酰辅酶A合成酶和二氢硫辛酸脱氢酶是细胞内合成乙酰辅酶A的重要酶,而乙酰辅酶A是进入TCA循环的重要底物,乙酰辅酶A的缺乏可以导致TCA循环不能顺利进行,从而不能提供小孢子发育所需要的大量能量。YTA相对于YTB部分参与碳水化合物代谢的重要酶缺失或表达量降低,有可能导致因线粒体提供的能量不足,淀粉合成受阻,因而花粉不能正常发育。
