辣椒细胞质雄性不育突变体CMS102的败育机理及其育性遗传

以辣椒细胞质雄性不育突变体CMS102及其相应的恢复系ST–8为材料,对其造孢期、小孢子母细胞期、小孢子减数分裂期、四分体时期、单核小孢子期、双核小孢子期和花粉粒成熟期的花蕾进行细胞学形态观察,测定小孢子减数分裂期、四分体时期、单核小孢子期和双核小孢子期发育时期的花蕾中与育性相关的生理活性物质的含量。结果表明:CMS102败育发生在四分体时期,绒毡层过度膨大挤压四分体,使其不能正常发育成单核小孢子,属于孢子体不育;CMS102花蕾中可溶性蛋白和游离脯氨酸含量低于ST–8的,可溶性糖、MDA含量及POD酶活性高于ST–8的;构建F_(2)遗传分离群体并调查其育性,对CMS102的育性进行遗传学分析,CMS102育性恢复由1对显性基因调控。

空间环境诱发玉米细胞质雄性不育突变体的遗传分析

从返回式卫星"实践八号"搭载的08-641和18-599两份玉米自交系后代选育出3份雄性不育突变体,在不同地点、不同年份、不同季节进行种植观察,鉴定其育性表现,通过测交、反交及回交对不育性状的遗传特性进行分析。结果表明:3份不育突变材料均能稳定遗传,属可遗传的细胞质雄性不育类型。恢保关系测定和特异引物PCR扩增结果显示,3份不育材料均属玉米C型细胞质雄性不育类型,但3份不育材料在恢保关系上存在一定差异,推测它们可能分别属于玉米C型细胞质雄性不育的不同亚组。这些不育材料的发现,丰富了雄性不育胞质的遗传基础,在玉米不育化制种中具有一定应用价值。

陆地棉细胞质雄性不育突变体的发现与鉴定

在陆地棉群体中发现一个雄性不育突变体,并对之进行了鉴定,确定为细胞质雄性不育突变体。该突变体对于研究棉花雄性不育的细胞质遗传机理,将具有重要的种质利用价值。

大豆细胞质雄性不育遗传基础与育种应用

杂种优势利用是显著提高作物产量的主要途径,有助于解决日益增长的人口数量与有限耕地之间的矛盾。大豆作为世界上重要的粮油饲兼用作物,其开展杂种优势利用已有30余年。其中,基于细胞质雄性不育的三系法杂交育种系统是大豆杂种优势利用的主要途径。目前,已有40余个杂交大豆品种通过审定并在生产上推广应用,杂交大豆正处于由中试向产业化推进阶段。本文对大豆细胞质雄性不育遗传基础与育种应用进行了综述,系统阐述了各类型细胞质雄性不育系的发现及利用、不育性状的遗传和分子机制、育性恢复基因和恢复抑制基因的定位和克隆等方面的研究进展。基于大豆杂种优势利用研究现状论述和分析,提出了三系法杂交大豆育种中存在的问题、挑战及解决路径,并对三系法杂交大豆育种技术的创新进行了展望,旨在为大豆杂种优势分子基础和应用研究提供新方法、新思路。

玉米雄性不育突变体ms20s2的表型鉴定与基因定位

玉米突变体male-sterile 20s2(ms20s2)是在玉米自交系KWS49中发现的一个无花粉型雄性不育突变体。与野生型相比,ms20s2突变体花药细小且颜色偏浅,花药内未观察到花粉。扫描电镜观察表明,与野生型相比,9叶期突变体ms20s2的花药中未观察到正在减数分裂的花粉母细胞;抽雄后突变体花药壁外部角质层形成异常,内部未观察到乌式体结构。观察不同发育阶段花药的石蜡切片发现,在S6-S7时期,与野生型相比,ms20s2突变体花药部分中间层和绒毡层细胞发生异常分裂,导致花药壁萎缩,花粉母细胞无法正常进行减数分裂,最终造成花粉母细胞死亡,产生雄性不育表型。遗传分析表明,突变体ms20s2的雄性不育表型受单个隐性核基因控制。利用玉米10K SNP芯片对F2定位群体进行基因型分析,初步将该突变位点定位在玉米2号染色体长臂上6.21 Mb区段内。进一步精细定位将该区间缩小到了590 kb,区间包含一个已知的蛋白编码基因MS32(Zm00001eb106620)。对MS32基因进行测序分析,在突变体MS32基因4号外显子上发现了一段3166 bp的大片段插入,可能影响了MS32蛋白功能,造成ms20s2的花药发育异常和雄性不育的表型。等位测验结果表明,突变体ms20s2是雄性不育基因MS32的新等位突变体。组织表达分析发现该基因在玉米花药中特异表达,且仅在花药发育的S6和S7时期表达量较高,进一步验证了该基因在玉米花药绒毡层和中间层细胞发育过程中的重要作用。

水稻散生与部分雄性不育突变体lpms1的鉴定与基因定位

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。

大豆细胞质雄性不育系及其恢复系的比较转录组分析

【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。

大豆细胞质雄性不育弱恢复型杂种F1育性转变的转录组分析

【目的】探索大豆细胞质雄性不育弱恢复型杂种F1育性转变在RNA水平上的分子机制,以期从育性转变的角度为大豆细胞质雄性不育的分子机理提供有价值的信息。【方法】以弱恢复型杂种F1(H3A×SXTH3)为研究对象,设置苗期短光照(植株育性不育)和正常光照(植株育性可育)处理,在盛花期分别采集不同大小的混合花芽进行转录组测序和RT-qPCR分析。【结果】筛选出3917个差异表达基因,苗期短光照处理后,2134个基因下调表达,1783个基因上调表达。对差异表达基因进行生物信息学分析,GO显著富集分析表明,碳水化合物代谢过程、跨膜转运活性和细胞外围等功能在育性转变中行使着主要生物学功能;KEGG通路显著富集分析表明,戊糖葡萄糖醛酸的相互转化、淀粉蔗糖代谢和植物昼夜节律等通路为育性转变的主要代谢通路。11个基因的RT-qPCR分析发现,大豆细胞质雄性不育相关基因和PPR基因参与了大豆细胞质雄性不育弱恢复型杂种F1育性转变过程。【结论】推测大豆细胞质雄性不育弱恢复型杂种F1育性转变与植物昼夜节律、PPR和大豆细胞质雄性不育相关的线粒体、花粉壁发育、碳水化合物代谢、糖转运和活性氧代谢等基因的异常表达相关,当昼夜节律通路的关键基因变化,引起PPR基因和大豆细胞质雄性不育相关基因的表达水平变化,将会发生育性转变。

不结球白菜细胞质雄性不育材料的筛选及其保持系选育

用多种不同基因型的可育不结球白菜(Brassica campestris ssp. chinensis Makino)材料对2个不结球白菜雄性不育株进行授粉,根据F1代群体的育性表现,筛选出细胞质雄性不育株;对16个自交品系的纯度进行调查,各品系筛选出5个或10个典型植株对其株高、开展度、叶长、叶宽、叶柄长、色泽等性状进行测试和比较分析。结果表明,16个品系的纯度均不低于50%;1-5、3-31、2-16、2-61、1-79、华冠4的开展度、株高均较大;聚类结果显示,3-31、1-9、2-61、2-16和华冠4聚在第三类,品系间性状差异较小。1-5、1-79、3-31、2-61、1-26、2-11、2-25和1-98各性状的变异系数均低于30%,一致性好;16个自交品系叶色空间分布较叶柄色集中,说明品系间叶色差异较小;3-31、1-79、1-34-17、2-11、2-16、1-5和华冠4的叶色亮丽。综合分析,1-5、1-79、3-31和2-11色泽好,变异系数小,且纯度高,是选育保持系的优良品系;而华冠4和墩子黄既可以作保持系又可以作父本。3-31和华冠4的植株高大,分别适宜作为保持系和父本,用于选配高产的不结球白菜杂交组合。

水稻细胞质雄性不育系R型育性回复突变体的同工酶和氨基酸分析

利用体细胞无性系变异或理化诱变方法可从细胞质雄性不育系获得两类育性回复突变,一类为B型回复,即突变体本身可育,但无恢复力;另一类为R型回复,即突变体不但本身可育,而且还能恢复不育系的育性。最近,沈毓渭等利用γ射线诱变籼稻不育系Ⅱ-32A获得了对不育系具有恢复力的水稻R型育性回复突变体,其中一份突变体T24的恢复力表现为受一对显性基因控制。本研究分析了T24与其亲本之间几种同工酶谱的异同以及花药中结合氨基酸和游离氨基酸含量的差异,以了解它们与R型育性回复突变的可能关系。

棉花细胞质雄性不育的胞质效应研究现状及未来展望

棉花具有明显的杂种优势,具体表现在产量、纤维品质、抗病虫等性状上。杂交种子生产是棉花杂种优势利用中非常重要的一环。近年来,由于人工杂交制种成本逐年提高,简化、高效、低成本的制种技术已经成为未来杂交棉发展的必然趋势。生产实践表明,利用细胞质雄性不育系不仅能简化制种方法还可以节约劳动力成本,目前已成为作物杂种优势利用领域的研究热点。然而,不育细胞质对棉花形态建成、花药发育、产量形成和纤维发育等均有一定影响,并且存在不利于棉花生长发育的负效应,从而限制了“三系”(不育系、保持系和恢复系)杂交棉的进一步推广利用。为此,综述了细胞质雄性不育对棉花主要性状的影响及其负效应产生的分子基础,并初步探讨了克服棉花不育细胞质负效应的潜在途径,以期为生产上选育和改良棉花细胞质雄性不育恢复系和强优势“三系”杂交种提供新思路。

烟草细胞质雄性不育系K326 MADS-box和SUPERMAN基因的特征

细胞质雄性不育是杂种生产的重要工具,也是研究细胞核与细胞质互作的良好系统,但其机制仍不清楚。本研究以细胞质雄性不育系K326为材料,研究了烟草细胞质不育系雄蕊异常与花发育基因表达的关系。细胞质雄性不育系K326源于普通烟草天然不育株,用烤烟品种K326连续回交培育而成,不仅具有心皮化雄蕊现象,同时也有花瓣化雄蕊现象,异常雄蕊基部融合为一体。本研究首先用生信手段对控制普通烟草花发育的MADS-box基因和边界基因SUPERMAN进行了全基因组鉴定,分析了它们染色体定位和共线性,预测了B类基因和SUPEMAN基因的顺式作用元件,并研究了它们在不育系和保持系不同时期花蕾中的表达特征。结果表明,烟草共鉴定出160个MADS-box基因和5个SUPERMAN基因。这些MADS-box基因中有7个B类基因(4个PI基因,3个AP3基因),79个MADS-box基因定位于22条染色体上,3个SUPERMAN基因定位于3条染色体上。共线性分析表明,串联和片段DNA重复、倍加作用是MADS-box基因家族扩张的驱动力。观察发现,细胞质雄性不育系K326异常雄蕊在小蕾期就已出现,暗示细胞质雄性不育K326中雄蕊异常是早期分生组织发育缺陷的结果。qPCR检测表明,细胞质雄性不育系及保持系中可以检测到7个B类基因和1个SUPERMAN基因表达。PI基因表达水平NitMADS115在保持系各个时期均高于不育系;AP3基因NitMADS72、NitMADS100表达水平在保持系各个时期均低于不育系;其他基因呈现小蕾期和大蕾期下调,中蕾期上调。SUPERMAN基因只在保持系小蕾和中蕾期可以检测到,而不育系各个时期中均无法检测到;顺式作用元件分析表明,NitMADS115具有生长素响应元件AuxRR。因此,生长素可能在烟草细胞质逆行调控细胞核起重要作用。

水稻线粒体基因atp6启动子突变导致的一种细胞质雄性不育型

内江杂交水稻科技开发中心从恢复系"万恢88/内恢92-4"杂交组合F2代不育株选育的细胞质不育系,被暂时定名为"万恢88型水稻细胞质雄性不育系"。利用PAGE电泳、琼脂糖凝胶电泳和克隆测序等技术对其不育系和保持系线粒体基因组进行研究,分析其雄性不育的分子基础和分子机理。通过PAGE电泳发现,其不育系线粒体基因组PCR带型与野败型(WA)、印水型(ⅡA)、D型(D i)、冈型(GA)存在差异。对其不育系内香2A和保持系内香2B的差异片段回收测序,获得两条667 bp长度的m tDNA片段2A和2B,通过序列比对和电子杂交分析,获得片段为atp6基因的部分序列及其上游序列。2A和2B相比有3个碱基不同,分别是第57位G→T,第100位T→C,第161位C→T。功能分析第100位T-C点突变使atp6基因启动子核心序列遭到破坏。通过对atp6基因上游序列的RT-PCR分析,发现不育系内香2A的atp6基因不能正常表达。故而推测万恢88型水稻细胞质雄性不育是由于不育系线粒体atp6基因核心启动子区域发生点突变,导致atp6基因不能正常转录,致使线粒体供能不足,最后导致花粉败育。

玉米细胞核雄性不育突变体K305ms的生理生化分析

为探讨60Co-γ辐射诱变获得的玉米细胞核雄性不育突变体K305ms的生理生化特征,以不育株K305ms及其姊妹交群体中的可育株K305F为材料,对雄花发育不同时期花药和颖壳中的可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性进行了测定。结果表明,与可育株K305F相比,不育株K305ms雄花发育过程中花药与颖壳的可溶性蛋白含量和游离脯氨酸含量均不同程度降低,且K305ms花药的SOD和CAT活性明显降低,而POD活性显著或极显著升高。说明玉米细胞核雄性不育可能与花药发育过程中物质代谢和抗氧化系统异常有关。

甜菜细胞质雄性不育相关基因及其分子标记研究进展

甜菜的核质互作型雄性不育作为一种优良性状,通常被应用于杂交育种过程,甜菜细胞质雄性不育的发生机制研究以及不育系和保持系的选育一直以来都是各国育种家关注的焦点。近年来,随着分子生物学和基因组学等研究的发展,分子标记技术越来越多地应用到育种当中,基于标记与目的基因之间的连锁进行选择,相较于传统育种方法具有高效、准确和便捷的特性。通过分子标记的方法选择用于育种的不育系和保持系,是目前甜菜分子标记辅助选择的重点研究方向之一,但目前仍存在部分育性恢复机制不明确、分子标记开发速度缓慢等问题。

辣椒细胞质雄性不育分子生物学组学研究进展

细胞质雄性不育是广泛存在于高等植物中的一种自然现象,表现为母体遗传、花粉败育和雌蕊正常。本文对辣椒细胞质雄性不育研究中的不育基因和恢复基因的标记开发与基因定位,以及不育系和恢复系多组学的研究进展进行了总结,以期为辣椒三系配套育种的广泛运用和商品杂交种生产提供坚实的理论基础。

离体条件下核不育水稻突变为细胞质雄性不育

来源于水稻无花粉型核不育系南广占的体细胞无性系典败变异株NT1和NT2经过多代回交已经转成类似野败型的核质互作雄性不育系。NT1和NT2的恢保关系与野败型的一致 ,即野败型的恢复系和保持系同样可作NT1和NT2的恢复系和保持系 ,NT1现已回交 1 0代 。

具野稻细胞质的胞质型雄性不育系的体细胞克隆变异II.体细胞克隆温敏核不育突变

在胞质型水稻雄性不育系IR66707A和IR69700A经离体培养而获得的136个体细胞克隆中,发现了温敏核不育突变5例。这类突变体在广州地区的自然气候下,早季至晚季前期表现为不育,晚季后期表现为可育。盛夏,在幼穗发育至花粉形成阶段对部分突变材料进行短日照处理,发现对短日照敏感的不育系农垦58S转换为可育,而供试的5例突变及另一对照培矮64S却与未经处理的材料一样仍表现为不育,表明它们的育性与日照长度的变化无关。在同一发育时期进行低温处理的结果显示,低温处理10d及10d以上者可发生育性转换,自交结实率在17.23%-42.19%之间,而未经处理的材料仍然表现不育,表明它们的育性转换与温度有关。以正常品种为父本与突变体杂交,F1全部为可育;F2可育与不育个体的分离比为3:1;以F1为父本与之测交,TF1代中可育与不育个体的分离比为1:1。遗传分析表明,这种温敏核不育突变为一对隐性核基因所控制。获得了由胞质型雄性不育变为胞核型雄性不育的突变体,这在体细胞克隆变异领域中是一种典型的突变。

玉米细胞质雄性不育突变无性系选育

报道了利用生物技术，从具正常细胞质的优良自交系５００３体细胞中，选出细胞质雄性不育（ＣＭＳ）突变无性系（编号：９２－１Ａ）的初步结果。多年对９２－１Ａ分析表明，９２－１Ａ的不育性是稳定遗传的核质互作型，不育性的恢复是受１对显性核基因所控制，不育性可由反Ｂ保持、由Ｅ２８恢复。９２－１Ａ在抗大、小斑病和与Ｅ２８的配合力上，保持或略优于亲本５００３。

大头菜细胞质雄性不育系的创制及应用

利用甘蓝型油菜细胞质雄性不育系作为不育源,以野生型芥菜为转育载体进行杂交,将不育基因导入野生芥菜中,并以大头菜为轮回亲本,经过连续6代回交,育成大头菜细胞质雄性不育系。此方法创造性地利用野生型芥菜作为转育载体,克服了甘蓝型油菜不育系与大头菜直接杂交不亲和的问题,转育获得的不育系与大头菜杂交结实好,F_(1)代杂交组合产量高,抗病性强,具有广泛的适用性和较强的应用前景。