中国农业大学揭示黄瓜雌蕊育性调控新机制

2023年1月,中国农业大学园艺学院张小兰团队在《Nature Communications》期刊上发表了题为“Pollen tube emergence is mediated by ovary-expressed ALCATRAZ in cucumber”的研究论文,揭示了黄瓜中b HLH转录因子ALCATRAZ(ALC)正向介导了黄瓜花粉管在雌蕊内的“穿出”过程,并通过促进2个快速碱化因子小肽Cs RALF4/19在子房传输通道的表达来正调控雌蕊育性。

小麦雌蕊和雄蕊突变体与川麦28之间特异性ISSR标记筛选

利用42条ISSR标记对小麦三雌蕊突变体(TP)和雄蕊同源转化为雌蕊突变体(HTS-1)与川麦28之间特异性的ISSR分子标记进行筛选,为利用ISSR标记定位Pis1基因和控制雄蕊同源转化成雌蕊的hts1和hts2基因奠定基础。结果表明:42条引物共扩增403个条带,有9条引物能在TP和CM 28之间扩增出差异条带,占所用引物的21.4%。有20条引物能在HTS-1和CM 28之间扩增出差异条带,占所用引物的47.6%。有21条引物能在TP与HTS-1之间扩增出差异条带,占所用引物的50%。每条引物最多能扩增出4条差异条带,大部分产生1~2条差异性条带。差异条带大小主要集中在250~750bp之间。这也证明了ISSR标记是一种简单有效的分子标记,可作为SSR的一种重要补充标记用于遗传图谱的构建。

水稻雄蕊雌蕊化突变体的遗传分析

在杂交育种后代中发现了一个水稻雄蕊雌蕊化突变体 ,表现为 :外颖和内颖变窄 ,外颖弯曲呈弯月形 ,内外颖不闭合 ,1～5枚雄蕊转变为雌蕊或雌蕊 雄蕊嵌合体。由于高度雌性不育 ,突变纯合体本身无繁殖保持功能 ,只能通过杂合体繁衍 ,在自交 15代后仍分离出完全相同的突变体 ,表现稳定遗传特性。遗传分析表明该突变体由单隐性基因控制。

白花山碧桃雌蕊败育特性的解剖学研究

采用石蜡切片的方法,对雌蕊完全败育的白花山碧桃和雌蕊发育正常的满天红进行解剖学观察,发现白花山碧桃在进入自然休眠前,花芽形态分化完成,并且未见异常;此后,白花山碧桃的雌蕊发育滞缓,表现为胚珠原基发育停滞、子房室不再膨大、花柱基本不伸长和柱头表面异常。从而可以确定白花山碧桃雌蕊败育的主要原因是胚珠败育,其败育的起始时期为性细胞分化初期。

利用SRAP分子标记评价小麦三雌蕊近等基因系的遗传背景

普通小麦三雌蕊突变体(TP)具有明显的穗粒数优势,为评估该突变体在育种中的利用价值,进行了近等基因系培育。以三雌蕊突变体(TP)为供体,单雌蕊中国春、川麦28、绵阳29、内麦9号为轮回亲本,经7代回交和4代自交,初步培育出三雌蕊近等基因系CSTP、CM28TP、MY29TP和NM9TP。利用128对SRAP引物对培育的近等基因系及轮回亲本进行遗传分析,结果表明:(1)128对引物共扩增出978条谱带。其中有120对引物的扩增产物具有多态性,占所用引物的93.8%。这120对引物共扩增出638个差异谱带,占总谱带数的65.2%;(2)利用128对SRAP引物计算9个材料之间的遗传相似系数。其中中国春与CSTP的相似系数为0.9346,绵阳29与MY29TP的遗传相似系数为0.9070,川麦28与CM28TP的遗传相似系数为0.9397,内麦9号与NM9TP的遗传相似系数为0.8732;(3)通过聚类分析筛选出2对遗传相似性大于0.93的近等基因系,即CM28TP与川麦28、CSTP与中国春。

果树雌蕊败育研究进展

雌蕊发育是否正常直接关系到果树是否能够正常开花结实。果树中普遍存在雌蕊败育现象,其形式多样、机制复杂,研究果树雌蕊败育的分子调控机制、引起果树雌蕊败育的原因、克服果树雌蕊败育的有效途径对提高果树产量及果实品质具有重要意义。因此,自20世纪50年代,果树雌蕊败育研究一直备受关注,并已开展了大量工作。本文综述了国内外果树雌蕊败育的研究进展,从珠被发育异常、胚囊发育受阻、花柱结构异常、雌蕊分化进程停滞或迟缓四方面介绍果树雌蕊败育的形式,并从基因层面、生理生化及外部环境方面总结了引起果树雌蕊败育的可能原因及克服果树雌蕊败育的有效途径,分析国内外果树雌蕊败育研究存在的问题,展望雌蕊败育的研究前景。

2个果梅品种雌蕊分化进程及相关生化指标分析

为了解果梅(Prunus mume Sieb.et Zucc.)雌蕊分化进程及其败育机制,采用石蜡切片法观察了不同时期果梅品种‘龙眼’(‘Longyan’)和‘大嵌蒂’(‘Daqiandi’)花芽纵切面的解剖结构,并对2个品种不同时期花器官发育状况、花芽百分率、花芽纵径和横径以及花芽中的可溶性糖、可溶性蛋白质和淀粉含量进行了测定分析。结果显示:雌蕊分化期、雌蕊分化末期及盛花期,品种‘龙眼’的不完全花比例均显著小于品种‘大嵌蒂’,其中,盛花期‘龙眼’不完全花比例仅为5.0%,而‘大嵌蒂’不完全花比例高达76.3%。品种‘龙眼’雌蕊分化过程经历未分化期、分化初期、分化期及分化末期4个阶段,且最终有95.0%的花芽在分化末期能顺利形成完全花;品种‘大嵌蒂’雌蕊分化过程则包含未分化期、分化初期、分化期、解体期、解体后修复期和分化末期6个阶段,且仅有23.7%的花芽能形成完全花。雌蕊分化的不同阶段2个品种花芽纵径和横径的变化与其分化进程基本一致。品种‘龙眼’完全花的可溶性糖和可溶性蛋白质含量均高于品种‘大嵌蒂’的完全花和不完全花、淀粉含量则低于后两者;品种‘大嵌蒂’不完全花的可溶性糖和可溶性蛋白质含量最低、淀粉含量则最高,与2个品种的完全花有显著差异。综合分析结果表明:品种‘大嵌蒂’的花芽在12月中上旬停止伸长生长、雌蕊分化停滞直至逐渐解体,这一时期即为品种‘大嵌蒂’雌蕊败育的关键时期;导致果梅雌蕊选择性败育的原因可能与花芽中大分子营养物质的分解代谢有关。

新疆5个栽培杏品种雌蕊败育率调查

【目的】了解新疆南疆杏品种花的败育率,探索杏的败育机理,克服生产中杏败育的现象。【方法】在此过程中调查奎克皮曼等5个杏品种果树不同部位、不同长度枝的雌蕊败育情况。【结果】(1)5个供试品种的败育率在6.04%～99.64%。其中依力克大杏的雌蕊败育率最高,为99.64%,克孜佳娜丽最低,为6.04%。奎克皮曼和大果杏雌蕊败育率差异表现不显著,除此之外,不同品种间雌蕊败育率差异均十分显著。(2)5个品种中,依力克大杏上部、中部、下部雌蕊败育率差异不显著;黄胡安娜、克孜佳娜丽都是中部与上部、下部雌蕊败育率差异不显著,而上部与下部雌蕊败育率差异显著;奎克皮曼、大果杏的上、中、下部雌蕊败育率差异都十分显著。(3)5个品种中,不同果枝发育的花败育率比例不同。奎克皮曼、依力克大杏、黄胡安娜3个品种的雌蕊败育率呈现出相同的趋势,即败育率长果枝>中果枝>短果枝。【结论】不同品种对杏花败育率的影响比不同部位对杏花败育率的影响大;杏树品种及部位对雌蕊败育率的影响是极显著的。

山楂受精能力与其花粉和雌蕊生理生化特性的关系

用受精能力强的野生山楂的花粉给受精能力差的 3个栽培品种‘面楂’、‘敞口’、‘大金星’授粉 ,并对野生山楂和栽培山楂花粉与雌蕊的部分生理生化指标进行了比较。结果表明 ,野生山楂的花粉能显著提高栽培山楂种子含仁率。栽培山楂与野生山楂花粉生活力无显著差异 ,但栽培山楂花粉萌发率较低 ,花粉管生长速度较慢 ,其中‘大金星’花粉在 2 5℃培养 2 4h不能萌发。栽培山楂雌蕊提取液对栽培山楂和野生山楂花粉萌发都有抑制作用。与野生山楂相比 ,栽培山楂花粉中类胡萝卜素、游离脯氨酸和可溶性蛋白质含量较低 ,酚类化合物含量和POD活性较高 ,其中‘大金星’花粉中类胡萝卜素和可溶性蛋白质含量最低 ,酚类化合物含量和POD活性最高。雌蕊中IAA氧化酶活性明显高于野生山楂 ,而可溶性糖含量低于野生山楂。‘敞口’、‘大金星’和‘面楂’雌蕊中POD同工酶分别比野生山楂多 2、3、4条酶带 。

水稻多雌蕊突变体K940的发现与初步利用

水稻多雌蕊突变体K940是宜宾市农业科学院利用远缘多基因聚合杂交,在F2代中发现并经多年纯合选育而成。该突变体每穗颖花数多,颖花中雄蕊数减少,雌蕊数增加,有雄蕊雌蕊化现象,多子房,多柱头,内外稃变形退化,结实种子无颖壳。初步研究表明,其突变性状受隐性基因控制,表现出稳定的遗传特性。K940含有恢复基因,以其为亲缘杂交育成了多个重穗型强优新恢复系。

茶树雌蕊总蛋白质双向电泳分离体系的建立

为建立一套适合茶树雌蕊总蛋白质分离的双向电泳体系，对茶树雌蕊总蛋白的提取方法、SDS-PAGE凝胶浓度、聚焦条件和IPG胶条pH范围等进行了比较优化。结果表明，TCA/丙酮-clean up kit法提取总蛋白，用17 cm pH 5～8 IPG胶条，13%SDS-聚丙烯酰胺凝胶进行分离，用考马斯亮蓝R250染色，可以获得清晰、分辨率高、重复性好的双向电泳图谱，共检测到约1200个蛋白点，主要分布在pH 5～8，相对分子量14～117 kD范围内，碱性蛋白得到有效分离，可以满足茶树雌蕊的蛋白组学分析和研究。

被子植物花粉和雌蕊互作的分子基础

被子植物的花粉自落到柱头上开始,花粉和雌蕊组织即发生一系列的相互识别作用,这个过程包括花粉与柱头互作、花粉管极性生长和引导、精细胞在胚囊中释放和完成双受精。近年来,已相继发现并且克隆了花粉与柱头互作以及花粉管生长和引导相关的基因。本文对花粉粘附、水合、萌发以及花粉管生长和引导的分子机制进行了综述,重点讨论了花粉粘附的糖蛋白互作、花粉水合的脂类调控途径以及花粉管极性生长的阿拉伯半乳聚糖蛋白等小分子引导机制,以期为被子植物的繁殖生物学研究提供理论依据。

扁桃雌蕊形态及其保水能力研究

对兰州地区引种的4个扁桃品种的雌蕊形态及其保水能力进行了初步的研究。扁桃雌蕊败育是导致其座果率低的原因之一。试验表明,雌蕊低于雄蕊或雌蕊退化的花为败育花,而雌蕊花柱弯曲也不利于授粉及座果。柱头的蒸腾强度低,保水力好的品种座果能力也较好。扁桃花柱头的可授性可持续4~5 d,但在花后1~2 d的可授性最强,随着开花时间延长,在花后5 d柱头可授性完全丧失。

诸葛菜与芸苔属属间杂交时花粉—雌蕊相互作用的研究

本文对诸葛菜和芸苔属属间杂交的花粉粒萌发和花粉管生长情况进行了研究。其中用诸葛菜作父本，分别和甘蓝型油菜（“文油６号”、“云油３１号”）、“羽衣甘蓝”和白菜型油菜（“凤仪油菜”）杂交时，受精前有一定的亲和性；而和白菜型油菜（“玉溪周永达油菜”）、芥菜型油菜（“泸州四棱”、“南充油菜”）、埃塞俄比亚芥杂交时，存在受精前障碍。同时还发现通过蕾期授粉是克服属间杂交不亲和性的有效方法之一。

杏雌蕊败育与主要气象因子的关系分析

对杏雌蕊败育与主要气象因子关系的研究表明:杏雌蕊败育率与上年8月的降水量穴x2雪及休眠期低于7.2℃的时数(x13)呈显著的负相关;与休眠期的绝对最低温有正相关趋势,但未达到显著水平;与上年7月、9月的降水量、上年11月、12月的绝对低温及当年2月、3月的最大温差等关系都较小。2个杏品种串枝红与鸡蛋杏的雌蕊败育率与气象因子的逐步回归方程分别为1=207.307-0.468x2-0.0395x13;2=148.103-0.333x2-0.0282x13;由于本试验数据来自干旱的内陆地区山西,可能研究结果不一定适合降水较多的其他地区。

陆地棉雌蕊的花粉管生长途径中钙分布的超微细胞化学定位

用焦锑酸盐沉淀法对陆地棉(Gossypium hirsutum L.)授粉前后的柱头、花柱、珠孔与珠心组织中的钙进行了超微细胞化学定位。X射线波谱与能谱分析证明所定位的沉淀确系焦锑酸钙。观察结果表明:在整个花粉管生长途径中的雌蕊组织,钙分布均较其它相邻组织密集;钙主要分布在细胞壁与胞间基质等质外体系统中。在雌蕊中生长的花粉管,其尖端细胞器区也有丰富的钙。

油茶雌蕊蛋白双向电泳分离体系的建立

通过比较不同的蛋白提取方法、裂解液成分、离心速率、等电聚焦程序,以及不同浓度的SDS-PAGE凝胶,建立最适于油茶雌蕊总蛋白的双向电泳体系。结果显示:TCA/丙酮+SDS/酚抽法提取蛋白,裂解液[7 mol/L尿素,2 mol/L硫脲,80 mmol/L DTT,4%(W/V)CHAPS,2%(V/V),IPG buffer(p H 3-10L)]复溶蛋白干粉,20 000 r/min离心;等电聚焦程序为:100 V 1 h,200 V 2 h,500 V 3 h,1 000 V 2 h,8 000 V 2 h,8 000 V62 000 Vh,500 V 10 h;10%SDS-PAGE凝胶浓度,为适合油茶雌蕊蛋白的双向电泳体系。这些结果为油茶雌蕊蛋白组学的研究奠定了技术基础。

不结球白菜雌蕊蛋白质双向电泳技术体系的建立

以不结球白菜品种‘矮脚黄’的雌蕊为材料,从蛋白质提取、IEF程序、IPG胶条pH范围和染色方法等方面进行比较,利用Tris-HCl提取方法,使用pH 4～7 IPG胶条和改进的等电聚焦程序,改良银染方法,建立了适用于不结球白菜雌蕊蛋白质的双向电泳技术体系,并使用该体系对开花前2 d的花蕾雌蕊和开花2 d后的雌蕊蛋白质进行比较分析,获得187个差异蛋白点。

基因芯片分析芜菁雌蕊退化突变体tpa及野生型开放花的转录组差异

【目的】基于转录组水平分析芜菁雌蕊退化突变(turnip pistil aborted,tpa)发生的可能原因,为揭示芸薹属作物雌蕊发育的分子遗传调控机制提供研究依据。【方法】利用tpa及其野生型植株的开放花制备的mRNA反转录成cDNA与拟南芥ATH1芯片进行杂交,筛选出在tpa及其野生型植株中表达有差异的基因,并利用RT-PCR技术对芯片筛选出的基因进行验证。【结果】获得了152个在野生型(W1)和完全退化株(M3)转录组中差异表达的基因,61个在W1和部分退化株(I2)转录组中差异表达的基因,以及24个在I2和M3转录组中差异表达的基因,上述差异基因分别属于细胞壁合成与调控、防卫与胁迫反应、转录调控、蛋白质代谢以及普通新陈代谢等9个不同的功能类别。通过对41个基因的RT-PCR验证,获得了At2g42840、At1g57750、At5g20630、At2g03090、At3g08030、At5g08000、At2g28790、At5g63310和At2g24270等9个在tpa及野生型植株中具显著不同的时空表达特性的基因。【结论】拟南芥cDNA芯片可用于分析tpa及其野生型基因的转录差异,筛选获得的9个显著差异基因不但在雌蕊发育等生殖发育过程起重要作用,还参与了植物营养生长的生理生化过程。