玉米C型细胞质雄性不育系C48-2及其保持系线粒体差异蛋白分析

采用固相pH梯度-SDSPAGE双向电泳,对玉米C型细胞质雄性不育系(C48-2)及其保持系(N48-2)单核期花药线粒体蛋白质进行了分离,经考马斯亮蓝染色,得到重复性较好的双向电泳图谱。PDQUEST软件可识别约260个蛋白质点,对其中10个重复性比较好且差异表达在2倍以上的蛋白质点,采用基质辅助激光解析分离飞行时间质谱进行肽指纹图谱分析,然后用Mascot软件对NCBI数据库搜索,其中2个蛋白质点被鉴定为谷氨酸脱氢酶(GDH)和依赖电压阴离子通道蛋白-1(VDAC1)。GDH的高表达会影响正常的氮代谢,导致细胞的能量供应发生障碍,有可能导致雄性不育;VDAC1是线粒体外膜上控制细胞通透性的蛋白,与植物的程序性死亡密切相关。

玉米C型细胞质雄性不育系及保持系基因差异表达分析

以玉米C型细胞质雄性不育系及保持系为材料,利用实时荧光定量聚合酶链反应检测pcd5,cox1和mdh基因在小孢子单核期的表达水平.结果表明,相对于保持系,这3个基因在不育系中均下调表达.利用焦磷酸测序与高分辨率溶解曲线相结合的方法证明了在不育系单核期pcd5转录本GRMZM2G075839T02的5′非编码区域存在A碱基插入突变.该突变可能与pcd5基因在不育系中下调表达有关.这些发现可为进一步研究细胞程序性死亡与玉米C型胞质花粉败育的关系提供参考.

玉米C型细胞质雄性不育花药不同发育时期的转录组分析

【目的】通过分析玉米C型胞质雄性不育"三系"材料花药不同发育时期的转录组数据,以期阐明玉米C型胞质的不育和恢复机制,并解析不育基因与恢复基因之间相互作用的调控网络,为玉米C型细胞质雄性不育在不育化制种中的利用提供理论依据。【方法】以中国玉米生产上的骨干自交系豫自87-1为背景的C型胞质不育系、保持系、恢复系为材料,通过对3种材料减数分裂的前期Ⅰ、中期Ⅰ及末期Ⅱ(四分体)时期的花药进行转录组测序并利用hisat2、ballgown及DESeq2等工具进行生物信息学分析,寻找三系花药不同时期、相同时期不同材料间以及发育时序中差异表达的基因,预测C型胞质不育机制与育性恢复的调控网络;同时通过实时定量PCR对测序分析结果进行验证;通过酶活测定验证推测的C型胞质不育及恢复假说。【结果】所有材料的转录组测序共产生156.59 Gb的序列数据,比对并组装共得到53 035个基因;在恢复系与不育系、保持系与不育系以及"三系"花药不同时期之间共筛选出非重复差异基因5 676个,其中发育阶段差异基因4 705个,同时期材料间差异基因2 693个,发育时序差异基因135个。GO分子功能分析显示ATP和DNA结合相关的基因和锌离子结合基因得到高度富集;细胞组分中膜基本组分、核内及质膜内的基因得到富集;以DNA为模板的转录、转录调控、氧化还原及初级代谢等生物学过程中的基因得到富集。KEGG分析表明,差异基因主要富集于氧化磷酸化、碳代谢及糖酵解等能量代谢相关的途径中。不育系相对保持系而言,多个与氧化磷酸化相关的基因下调表达,而恢复系中不但相应基因的表达水平得到恢复,而且同时协调调节了同一能量代谢途径中的其他基因,定量分析显示差异基因的表达差异及趋势与转录组测序结果基本一致。ATP酶活结果表明不育系相比保持系,ATP酶活显著降低,恢复系中由于恢复基因的作用其活性得到大幅恢复。【结论】玉米C型胞质不育基因引起基因表达变化可能发生在减数分裂中期Ⅰ之后,末期Ⅱ之前;玉米C型胞质不育的形成可能是由于不育基因引起的能量亏损所致,而恢复基因则通过能量补偿促使育性得以恢复。

玉米C型胞质雄性不育与可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量的关系

为揭示玉米胞质雄性不育的生化机制,以玉米C型雄性不育系C478及其保持系478、恢复系H01为材料,对叶片及雄穗小花的可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量进行比较研究.结果表明:玉米不育系苗期、抽雄期、开花期叶片中可溶性糖含量均显著高于保持系、恢复系;三系间可溶性蛋白含量相差小;不育系除抽雄期外叶片中的游离脯氨酸含量显著高于其保持系、恢复系.玉米雄穗发育过程中,保持系雄穗小花中的可溶性糖含量在雄穗孕育完全但没抽出期(时期Ⅱ)、散粉期(时期Ⅲ)显著高于不育系;不育系小花中各个时期的可溶性蛋白含量均低于其保持系和恢复系,特别在时期Ⅱ、时期Ⅲ显著低于保持系和恢复系;不育系每个时期小花中的游离脯氨酸含量都显著低于保持系和恢复系.

玉米C型胞质雄性不育系POD、CAT、SOD活性及POD酶谱分析

以玉米C型雄性不育系C478及其保持系478、恢复系H01为材料,对叶片以及雄穗小花的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性和过氧化物酶同工酶谱进行比较研究。结果表明:玉米叶片在生长过程中,不育系与保持系和恢复系叶片中的POD活性有明显差异;CAT活性在抽雄期相差不大;不育系每个时期的SOD活性均显著高于保持系。玉米雄穗发育过程中,不育系雄穗小花的POD活性高于保持系和恢复系,不育系雄穗小花刚开始孕育穗长不超过5 cm(时期I)时CAT的活性显著高于保持系与恢复系,不育系雄穗小花孕育完全但没抽出(时期II)时SOD活性明显低于其保持系。玉米抽雄期和开花期的不育系与保持系、恢复系叶片中的酶谱差异明显。