拟南芥雄性不育突变体ms1521的基因定位

ms1521是经EMS诱变筛选得到的一拟南芥雄性不育突变体.通过背景纯化与遗传分析,发现ms1521突变体是受隐性单基因控制.形态学观察表明:突变体的花缺失部分花瓣,雄蕊比较短,花药肥大,部分雄蕊的花药成丝状.利用图位克隆的方法对不育基因MS1521进行了定位,结果表明:MS1521位于第一条染色体分子标记F17F8A lu1和T19E23之间161kb的区间内.数据库预测,其中有11个与花发育有关的基因.试验将有助于对目的基因的克隆,控制花器官研究和雄性不育分子机制的研究.

调控拟南芥花粉发育突变体zy1511的基因定位及特征分析(英文)

为了进一步研究花药花粉发育过程,我们通过EMS诱变,筛选到拟南芥雄性不育突变体zy1511。遗传分析表明,zy1511为隐性单位点突变。细胞学观察表明．突变体花药中小孢子从四分体释放出后绒毡层并没有开始退化,花药发育后期绒毡层依然部分存在。说明突变体花药绒毡层退化比野生型的要迟,因此,小孢子不能发育成正常花粉粒。利用图位克隆的方法将zv1511定位于第一条染色体上分子标记F25P12和T8L23之间134．kb的区间内。本项工作为zy1511基因的克隆及对花粉发育功能分析奠定了基础。目前尚未见到该区间内雄性不育基因的报道。因此,zy1511是控制花粉发育的尚未发现的关键基因。

拟南芥雄性不育突变体ms1142的遗传定位与功能分析

经EMS诱变野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)群体筛选得到一株雄性不育突变体ms1142,突变体的果荚短小,不含种子。细胞学观察和扫描电镜结果表明,突变体花药发育过程中,花药中小孢子外壁异常、破裂,最后没有花粉形成。遗传分析表明,该突变体为隐性单核基因突变所致;利用图位克隆的方法将MS1142基因定位于第1条染色体的BAC克隆F16P17上44kb区间内,目前尚未见该区间内有雄性不育基因的报道。以上结果结合生物信息学分析表明,MS1142是一个新的调控花药发育的关键基因。该工作为花药发育关键基因MS1142的克隆及功能分析奠定了基础。

MS1521是拟南芥花药发育的必需基因

通过对3个拟南芥(Arabidopsis thaliana)雄性不育突变体(ms1521,st350,st454)的分析,研究了MS1521基因在花药发育过程中的功能。ms1521是通过EMS诱变野生型拟南芥得到的一株突变体,遗传分析表明ms1521是隐性单核基因控制的。利用图位克隆的方法对不育基因MS1521进行了定位,结果将MS1521定位于拟南芥第一条染色体上26kb的区间内,该定位区间内有一个影响花器官形态建成的基因UFO。测序结果表明在ms1521突变体中UFO基因编码区的958bp处发生了单碱基突变,导致MS1521该位点的氨基酸由天冬酰胺变成了天冬氨酸。另外两个表型与ms1521相似的突变体st350和st454来自T-DNA插入突变体群体。测序结果表明突变体st350和st454分别在UFO基因编码区发生了提前终止突变。等位分析表明它们与MS1521基因是等位的。3个突变体营养生长期发育正常,但生殖生长发育出现异常:有的雄蕊只有花丝没有花药;或者有花药但花丝变短;或者雄蕊有正常的花丝和花药,花药中有可育的花粉,但药室不能开裂;最终导致突变体不育的表型。进一步细胞学观察发现药室不能开裂是由于药室内壁细胞纤维化和木质化增厚不明显造成的。以上这些结果表明MS1521基因在花药发育过程中起重要作用。

拟南芥雄性不育突变体ms214的遗传与功能分析

经过EMS诱变、背景纯化以及遗传分析,得到一株隐性核基因控制的拟南芥雄性不育突变体ms214,用图位克隆的方法将突变基因MS214定位于拟南芥第一条染色体上顶端700kb的区间内。生物信息学分析发现,该区间内有一个与蜡质合成有关的基因CER1;测序分析表明在突变体ms214中,CER1基因第一个外显子上碱基由C509变成了U509的突变,导致CER蛋白在该处的氨基酸由脯氨酸170变成了亮氨酸170;等位实验结果表明ms214和cer1是等位突变体。ms214突变体的茎和果荚呈现出与野生型不同的亮绿色;组织切片观察结果表明,突变体花药发育各个时期无异常变化;扫描电镜观察发现ms214的茎和果荚的表皮没有蜡质的形成,但是突变体成熟花粉粒表面含油层异常,具有许多小的脂肪小滴。这些结果揭示了MS214蛋白质参与蜡质合成过程,而且脯氨酸170是该蛋白质行使功能所必需的。

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.