许忠民[1]2004年在《甘蓝胞质雄性不育性及其机理研究》文中认为以甘蓝雄性不育系CMS158及其相应保持系B158为试材，通过实验室分析和田间试验观察，从植物形态学、细胞学、生物化学等方面对甘蓝胞质雄性不育性及其机理进行了较为深入的研究。对甘蓝雄性不育系及其相应保持系的植物学特性进行了比较；采用石蜡切片法观察，从细胞学角度研究了雄性不育花药和小孢子的发育过程；利用氨基酸分析仪，从物质代谢角度对两份试材花药中的游离氨基酸种类和含量做了分析；采用聚丙烯酰胺凝胶电泳法，对雄性不育性在不同发育阶段不同组织器官的POD、ATP酶同工酶进行了分析，主要结果如下：1.不育系花药戟形、淡黄色、成熟花药瘦小，干瘪，无花粉粒。保持系花药柱形、深黄色、花粉粒饱满。2.细胞学观察表明，雄性不育系小孢子败育发生在四分体时期至单核花粉期。绒毡层细胞发育异常，高度液泡化，挤压小孢子，严重影响了小孢子的正常发育，肼胝质壁提前解体，导致小孢子相互粘连，不能形成正常花粉粒而导致败育。3.游离氨基酸分析结果表明，不育系花药中的游离氨基酸总量高于相应保持系，保持系花药富含脯氨酸，与不育系花药的含量有明显差异，不育系花药富含天冬氨酸，与保持系花药的含量差异显着，其它在不育系和保持系花药中存在差异的氨基酸均不如脯氨酸和天冬氨酸与花粉育性关系密切。不育系花药中游离脯氨酸和游离天冬氨酸以及其它氨基酸的代谢失调是花粉败育的原因之一。4.同工酶分析表明，不育系和其相应保持系POD同工酶差异主要在花和花蕾中。不育系的花和花蕾迁移率为0.552的酶带活性均较保持系强，叶和根差异不明显。不育系和保持系ATP酶同工酶的差异主要在根、花和花蕾中。在花和花蕾中，不育系酶带活性高于其相应保持系，在根中正好相反；不育系花比保持系多了一条Rf为0.843酶带。认为POD同工酶和ATP酶同工酶的表达均由核基因和细胞质基因共同控制。
赵团结[2]2005年在《大豆雄性不育性的自然变异、种质发掘与选育研究》文中研究指明作物雄性不育性在杂种品种选育、群体改良等方面的应用受到重视，也是植物生殖发育研究的热点。大豆雄性不育种质创新与利用研究相对落后，虽已获得一些质核互作和核遗传雄性不育材料，但不育系异交结实性低，尚难达到实用程度，相关基础研究也有待深入。新不育种质的发掘、创新将促进大豆不育性的研究与育种利用，也是改良大豆异交结实性的有效途径。本研究目的是通过不同途径发掘、创造质核互作雄性不育和核雄性不育新种质，研究其雌雄育性特点、异交特性及遗传基础，揭示不育性的自然变异特点，为大豆育性和异交结实性的改良提供材料和理论指导。获得主要结果如下： 1．从8327份大豆资源群体、414个大豆杂种后代群体发掘出19个不育种质，通过与原亲代性状比较表明大部分种质可能是基因突变所致；5个品种大群体测定结果也表明不育性突变频率为0～1.87×10~4，表明自然变异产生的不育性(包括纯系品种自发产生和杂交后代随机发生)并不少，可从中筛选到不同类型的大豆核不育种质以供进一步雌雄育性变异与生殖生物学研究及育种利用。 对19个由自然变异选择和5个由理化诱变所发掘的雄性不育新种质进行育性鉴定，发现有6种不育类型：①雄性不育-雌性正常(MS-FF)类型7个，其中NJS-3H、NJS-4H、NJS-8H具有良好的自然异交结荚能力；②雄性不育-雌性部分不育(MS-FPS)类型3个；③雌雄全不育(MS-FS)类型2个；④雄性部分不育-雌性正常(MPS-FF)2个；⑤雌雄部分不育(MPS-FPS)和⑥雄性部分不育-雌性不育类型(MPS-FS)类型各1个。遗传分析表明有19个种质的不育性受单隐性基因控制，另有2个和1个的不育性分别受双隐性和单显性基因控制。 综合育性和遗传表现发现NJS-8H(单显性基因遗传的MS-FF类型)、NJS-9(双隐性基因遗传的MPS-FF类型)、NJS-1H、NJS-2H知NJS-12(单隐性基因遗传的MS-FPS新类型)、NJS-7H(双隐性基因遗传的MPS-FPS类型)、NJS-10H(花和叶形态异常的MPS-FS类型)等为以往未曾报道的不育性类型。 2．以NJCMS1A选育早代出现的不育株(具N8855不育胞质)为母本与东农42、73-935等4个保持系品种回交转育优良新不育系，不同父本回交后代育性表现不同，已育成不育性稳定的东北春豆型不育系NJCMS(N8855／DN42)便于在北方春大豆区开展利用探索。 3．利用新发掘的具不育细胞质亲本N21566与保持系N21249连续回交，育成新质核互作雄性不育系NJCMS3A，该不育系雄性完全不育、雌性正常，花粉败育主要发生在单核居中小孢子期，比NJCMS1A、NJCMS2A早。根据20个不同来源栽培和野生大豆材料与NJCMS3A杂交F_1育性表现发现N23996、N21566等7个亲本可恢复
刘玉梅[3]2003年在《甘蓝显性细胞核雄性不育的细胞学特征、生化基础及其分子标记的研究》文中提出甘蓝(Brassica oleracea var capitata L．)雄性不育在杂种优势利用中具有重要价值。甘蓝显性细胞核雄性不育(DGMS)源79-399-3已在甘蓝类蔬菜的杂种优势中得到利用。但对该不育材料的败育机理以及相关的分子生物学等方面的研究仍较欠缺。本研究以甘蓝DGMS材料为对象，对甘蓝DGMS的花粉形态、花药发育过程中的超微结构变化、花蕾发育过程中的生理生化变化及与该不育基因连锁的分子标记的筛选等方面进行了深入、系统的研究。研究结果如下： 首次对甘蓝显性细胞核雄性不育花药发育过程中的超微结构观察表明：甘蓝显性细胞核雄性不育花药败育最早发生在花粉母细胞早期，败育高峰在花粉母细胞减数分裂前期至小孢子单核期。败育的主要特征是：细胞核、线粒体、内质网、质体、液泡等细胞器结构破坏或解体；部分花粉母细胞不能正常进行减数分裂；绒毡层提前解体；花粉母细胞和小孢子外被一层很厚的膜状物包被着而不能正常生长发育；四分小孢子不能分开。 光学显微镜和扫描电镜观察结果表明：甘蓝显性细胞核雄性不育花粉粒形态异常。主要表现为花粉染色浅或不染色；花粉壁破坏成细片状；花粉外壁凹陷、皱缩成毡帽状；多个花粉粘连成莲座状。未发育好的早期花粉粒为棉花状和花椰菜状细胞团。 甘蓝不同育性类型的花粉在-20℃同一保存天数下，花粉生活力出现较明显差异。在-20℃下，0～210天保存天数内，甘蓝显性细胞核雄性不育敏感株微量花粉生活力显着地低于可育花粉，显性细胞核雄性不育极度敏感株的花粉生活力在多数系统内与可育花粉无差异。在-20℃下0-210天期间，不同育性类型的花粉生活力随着保存时间的延长，生活力逐渐下降，下降的幅度差异较大。在花粉保存到120天以前，可育花粉与显性细胞核雄性不育极度敏感株的花粉的生活力下降率基本相同。花粉保存到60天以后，显性细胞核雄性不育微量花粉生活力下降率显着地高于可育株。 从甘蓝花粉母细胞至小孢子二核期，不育花蕾中内源激素IAA、GA_3、ZR的含量明显低于可育花蕾，小孢子二核至成熟花粉期不育花蕾中的IAA、GA_3、则高于可育花蕾。四分体到小孢子单核期和小孢子二核后期至成熟花粉期不育花蕾ABA含量仍高于可育花蕾。表明在甘蓝花蕾发育前期IAA、GA_3、ZR的亏缺，ABA的盈积与甘蓝显性细胞核雄性不育材料的败育密切相关，而花蕾发育后期IAA、GA_3、ABA的积累很可能是败育的结果。 甘蓝显性细胞核雄性不育大花蕾中的17种游离氨基酸总含量高于可育大花蕾。甘蓝花蕾发育的整个时期，不育花蕾中谷氨酸含量显着高于可育花蕾。在小抱子单核期以前(败育高峰期)，天门冬氨酸、丙氨酸、精氨酸、亮氨酸、赖氨酸在不育花蕾中的含量显着高于可育花蕾，小抱子单核期以后多表现相反。表明这些氨基酸在甘蓝显性细胞核雄性不育花蕾发育前期的过量积累与花药败育密切相关。 运用RFLP、SSR技术，采用集群分析法(BSA)进行了与甘蓝显性细胞核雄性不育基因连锁分子标记及分子辅助育种的研究。分别找到了与甘蓝显性细胞核雄性不育基因连锁的一个RFLp标记(pBNll)和一个SsR标记(eo3，50)，经两个回交群体的检测，pBNll与甘蓝显性细胞核雄性不育基因的连锁距离为1.787一5.189cM，C03180与该不育基因的连锁距离为4.30一8.94cM。经过对174份不同类型的甘蓝类自交系及多个回交转育后代的检测，表明这两个标记均可用于甘蓝显性细胞核雄性不育基因辅助转育及纯合不育基因型的鉴定。在辅助进行甘蓝显性细胞核雄性不育基因回交转育中预测准确力达93%以上。该不育基因位于甘蓝的第一或第八条染色体。 综上所述，本研究从细胞形态、亚细胞水平、生理生化和分子生物学水平上首次对甘蓝显性细胞核雄性不育机理及相关分子标记进行了系统的研究。明确了该不育材料花药败育的时期和主要特征，探明了甘蓝显性细胞核雄性不育在某些生理生化方面的败育机理，筛选出两个分子标记并应用于实践。进一步揭示了甘蓝显性细胞核雄性不育发生的本质，为该基因的克隆、人工调控植物育性的表达及其分子育种提供了依据。对该不育基因在甘蓝类及其它十字花科作物中更有效、合理地利用具有重要意义。
危文亮[4]2005年在《甘蓝型油菜细胞质雄性不育系NCa的研究》文中认为油菜是全世界广泛种植的重要油料作物。细胞质雄性不育系统是油菜杂交种生产中最有利用价值的授粉控制系统。中国的甘蓝型油菜杂交种中约70%含有polima不育细胞质,不育细胞质多样化是当前油菜育种家们的重要课题之一。NCa细胞质雄性不育系是通过远缘杂交核置换获得的。研究表明它与polima、nap不育系有着不同的恢保关系和同工酶谱带,具有重要的理论和育种实践价值。本研究通过大范围的恢保关系测定以及线粒体DNA水平的分子鉴定,明确了NCa不育系是一种新的细胞质不育类型。用细胞解剖学方法观察了NCa败育的超微结构特点;研究了NCa不育系统的育性转录调控模式;对不育系、保持系和育性恢复F_1代不同组织中线粒体基因的表达模式也作了初步研究;通过cDNA-AFLP方法克隆了花粉育性相关的差异表达基因,并对其功能进行了分析。为育种家正确认识和利用NCa不育系提供了详细、有价值的信息。主要研究结果如下: 1.用104个来源不同的甘蓝型油菜品种分别与NCa、pol、nap、ogura等4种不育系进行恢保关系测定。结果表明,NCa不育系与nap、pol、ogura不育系具有明显不同的恢保关系。 2.NCa不育系的花药败育发生于单核花粉晚期。特点是:在四分体时期以前,不育系花药的发育与正常油菜相比没有差异;但单核小孢子在释放出来后仍然能继续发育并形成花粉壁;绒毡层变异的发生、发展落后于单核花粉,具有延迟退化的特性。NCa不育系的花药败育特点明显不同于以前研究过的油菜胞质不育类型(如ogu、pol、nap等)。 3.用54个探针/酶组合进行RFLP分析,结果表明,78%的组合可以在NCa不育系与pol、nap、ogura、tour不育系5个材料间检测到差异带。总共有14个探针/酶组合可以将NCa不育系与pol、nap、ogura、tour不育系的不育胞质区分开。而atp1/EeoR Ⅰ、atp1/Hind Ⅲ、atp6/EcoR Ⅰ、orf139/BamH Ⅰ、orf139/EooR Ⅰ等5个探针/酶组合能将5个不育系的不育胞质两两完全区分开,可以作为鉴定细胞质类型的标记使用。RFLP分析结果证明NCa不育系具有与pol、nap、ogura、tour不育系不同的不育胞质、是新的不育胞质类型。 4.用10个线粒体基因探针对NCa不育系、保持系和可育F_1幼蕾的线粒体RNA进行了northern分析。结果表明,atp6、atp1、cox1、cox2、cob、rrn5S、rrn26S等7个线粒体基因的表达与NCa细胞质雄性不育没有关系。orf222、orf139、atp9基因的表达可能与NCa细胞质雄性不育的形成有关。 5.用10个线粒体基因探针对NCa不育系、保持系和可育F_1的苗期叶片、幼蕾和未成熟种子的总RNA进行northern分析。结果表明,除atp6外,其余9个线粒体基因都属组成型表达线粒体基因,atp6基因的表达可能受细胞核影响、具有组织特异性。 6.以cDNA-AFLP技术对NCa不育系、保持系和可育F1进行育性相关基因的差异表达的研究。对克隆的41条阳性片段测序后,进行序列比对和功能预测,发现有28个TDFs功能已知,其中82%的YOFs与细胞的形态建成和降解(8个)、蛋白质合成、加工和转运(5个)、能量代谢(5个)和信号传导(5个)有关。
张艳[5]2010年在《甘蓝细胞质雄性不育性对核背景的响应研究》文中提出结球甘蓝(Brassica oleracea L. var. capitata L.)杂交优势明显,利用细胞质雄性不育系对甘蓝等叶类蔬菜进行育种具有独特的优势。但甘蓝中尚未发现天然细胞质雄性不育系,生产上多通过转育外源不育细胞质获得甘蓝细胞质雄性不育系,研究甘蓝细胞质雄性不育性对核背景的响应特性,探寻不同细胞质不育类型其雄性不育性对核背景的响应特性,对丰富和完善细胞质雄性不育理论和确定选育方向,减少转育工作量有重要意义。本文以回交转育获得的多组同质异核细胞质雄性不育系为材料,首先利用各类细胞质雄性不育特异的基因鉴定引进不育材料的类型,然后观察各类细胞质雄性不育花器官形态对核背景的响应,而后再对其中叁份材料进行多代连续回交转育,获得叁组稳定的同质异核雄性不育系。通过石碏切片观察研究了叁种不育细胞质花粉败育特征对不同核背景的响应,并利用半定量RT-PCR研究了线粒体上相关基因和花形态建成相关基因在花蕾发育不同阶段的表达情况；同时利用限制性内切酶酶切图谱分析了叁种不育细胞质线粒体基因组结构在不同核背景下的变异情况；最后利用聚丙稀酰胺凝胶电泳分析不同核背景ATP、POD同工酶,从同工酶角度研究不同核背景的雄性不育系代谢差异,及细胞质对核基因的反向调控。主要研究结果如下：(1)国内目前对甘蓝上应用细胞质雄性不育类型缺乏分类鉴定,对各种不育细胞质类型的应用情况尚不明确,不育细胞质类型较为单一。本研究对从国内外多家科研机构引进的15份细胞质雄性不育材料进行鉴定,仅发现1份属于Nap型细胞质不育系,其余14份材料均属于Ogu胞质不育类型。(2)Nap型细胞质不育材料和两份Ogu细胞质不育材料花器官形态具有较大差异。Nap型细胞质不育材料花瓣呈喇叭状,雄蕊短小退化,花药形态多样,蜜腺退化。第一组Ogu细胞质不育材料花瓣皱缩,雄蕊心皮化,蜜腺退化；第二组Ogu不育花瓣较正常,雄蕊部分退化。Nap型花器官形态对不同核背景的响应表现3种类型,第1类与原材料相近或呈负响应,第2类表现为正响应,第3类花器官不同部位响应不一,呈现正或负响应。Ogu型花器官形态对核背景的响应主要表现为不变化或较弱的正响应。同一自交系对不同来源的不育材料影响的稳定性,因自交系不同而异,对于自交系K1、N4,不同来源胞质材料对其响应趋于一致,对自交系37、F1、G7的响应,在不同来源胞质材料间存在差异。(3)对Nap型胞质和Ogu型细胞质不育材料花蕾细胞学形态的研究表明,花药以及其中花粉的发育情况受到核背景的影响。Nap型细胞质不育系在不同核背景下败育类型分为无花粉囊分化型和有花粉囊分化型,有花粉囊分化的类型中有部分材料在四分体时期花粉停止发育,还有个别不育材料中四分体可以分离出小孢子,属于花药不开裂导致的雄性不育。第一组Ogu型不育材料花药有心皮化趋势,但是不同核背景下败育特征仍有较大差异,花粉囊分化的情况在不同核背景下表现很不一致。并且,在该组材料普遍雄蕊心皮化的情况下,编号为95材料仍具有较为正常的花药发育。第二组Ogu型不育系败育时期比较稳定,都集中于四分体时期,而花粉囊分化和绒毡层的发育异常方面,在不同核背景下略有差异。(4)通过对线粒体雄性不育相关候选基因在花蕾发育不同阶段和不同转育核背景下表达的研究,发现Nap型细胞质雄性不育材料中orf222, cox1, atp6 3个基因的变化趋势基本一致。cox1, atp6以及不育特异基因orf222均受到核背景的影响,在小中大花蕾中表达的规律,叁个基因在不同核背景中表现不同,分为前期表达量高后期降低和发育不同阶段表达一致两种类型。这与材料败育特征表现有相关性。orf222, cox1, atp6表达量前期高后期降低的不育材料表现为无花粉囊型败育；而叁个基因在花蕾发育过程中表达量稳定的不育材料表现为有花粉囊分化的败育类型。atpA、atp9在不同大小花蕾中和不同核背景下表达量无显着差异,即不受核背景的影响。Ogu型细胞质雄性不育系相关不育基因的表达则与Nap存在差异,且两类Ogu不育之间也不一致。79#来源的不育胞质中orf138在不同核背景下表达存在一定的差异,cox1, atp6 atpA、atp9的表达则不受花蕾发育阶段和核背景的影响。对于99#来源的第二组Ogu胞质,在orf138、cox1, atp6 atpA, atp9 5个线粒体基因的表达无明显差异,其表达既不受核背景影响,也不随发育阶段改变而发生变化。(5)对与花形态建成相关的AP3、PI、AG基因表达分析,表明AP3、AG在Nap型和Ogu型细胞质不育材料中的表达均表现为不受核背景的影响,并且在花蕾发育的叁个阶段表达量保持稳定。但是PI基因在同质异核的不育材料间其表达量表现出了显着变化,推测PI在控制雄性不育系花器官形态发育上有重要作用。(6)经XhoⅠ、PstⅠ、BamHⅠ、EcoRⅠ四种限制性内切酶对叁组不育材料线粒体基因组进行酶切后发现,13份Nap型细胞质同质异核不育材料之间,在四种限制性内切酶酶切图谱中没有差异。但两类ogu型不育中均检测到线粒体结构的变异,第一组Ogu型细胞质线粒体在8个材料中发现有1份材料出现了酶切图谱的变化；第二组Ogu型细胞质线粒体中8个材料中发现了3份不育材料出现了相同的酶切图谱上的变化。线粒体的结构受核背景的影响,并且趋向于在相同的位点发生重排。(7)对同质异核的不育材料ATP和POD同工酶的分析表明,Nap型细胞质雄性不育材料中ATP同工酶相对保持系,在花蕾发育后期酶活性显着降低,部分材料还表现出谱带的缺失。两组Ogu型细胞质不育材料在花蕾发育不同阶段ATP酶活性基本一致。但在花蕾发育后期同样有部分核背景下表现出谱带的缺失。表明ATP酶在不育材料中的变异程度不同核背景间有一定差异。编号为93#和107#的材料分别属于两组Ogu细胞质雄性不育系材料,两者具有相同的保持系,但是在不同细胞质条件下两者的POD同工酶谱带存在差异,Rf=0.787的酶带存在于93#中,但在107#中则缺失。并发现79#不育系中存在的Rf=0.382的核质互作产生的POD谱带,表明细胞质对POD同工酶组成有调控作用。
康俊根[6]2006年在《四种类型甘蓝雄性不育系花药败育特征及基因表达谱分析》文中进行了进一步梳理结球甘蓝(B.oleracea var.capitata)是我国仅次于大白菜的第二大叶用蔬菜。由于结球甘蓝具有明显的杂种优势,目前全世界几乎所有主栽品种均为杂交种。利用雄性不育系生产一代杂种已经成为杂优育种的发展趋势。因而从分子和细胞学水平进一步探明不同雄性不育类型的花粉败育机理,揭示甘蓝雄性不育这一具有重大理论意义和经济价值的遗传现象的本质,有利于寻找或创造新的不育源,特别是有利于最终实现人工调控甘蓝雄性育性乃至实现对所有作物育性的人工操纵。 基于上述情况,本研究开展了以下四方面的研究工作: 1.通过树脂超薄切片光学显微镜和电子显微镜观察结合,对黑芥胞质不育(NiCMS),隐性核不育(RGMS),萝卜胞质不育(OguCMS)和显性核不育(DGMS)四种甘蓝雄性不育类型进行了全面系统的细胞学败育特征研究; 2.通过cDNA-AFLP技术在转录水平上对花粉发育阻断后所有非正常转录的基因与正常可育材料的基因进行比较分析,探讨雄蕊发育相关基因的发育中断网络和途径; 3.利用8张拟南芥全基因组寡核苷酸芯片(Microarray)全面分析了花药败育过程中所有基因的全局性表达,通过生物信息学手段充分挖掘和利用模式作物拟南芥在雄蕊发育相关基因方面取得的进展,为进一步阐明育性形成的不同功能途径调控网络提供重要的信息和线索; 4.对目前最有应用价值的显性雄性不育的细胞学败育机理和相关基因的功能及调控机理进行深入研究,为最终实现人工调控显性雄性不育育性提供理论依据。 获得的主要结论如下: 1.细胞学研究明确了四种雄性不育类型的主要败育时期和特征:A.黑芥胞质不育主要败育时期为造孢细胞期,主要败育特征为绒毡层细胞分化和发育异常;B.隐性核不育主要败育时期为花粉母细胞期,主要败育特征为绒毡层细胞和中层细胞异;C.萝卜胞质不育主要败育时期在四分体前期,败育特征主要表现为从减数分裂后期开始绒毡层细胞活动异常,绒毡层细胞进行性加厚;D.显性核不育主要败育时期在四分体后期,主要败育特征是小孢子不能自由释放,但花粉壁能正常沉积孢粉素,本实验另一个重要发现是,显性不育败育的直接原因并不是已经发现的包裹四分体的胼胝质壁延迟降解,而是包裹整个四分体的花粉母细胞(PMC)初生壁的持续存在。 2.利用cDNA-AFLP获得113条育性相关的TDFs,结合不同材料败育时期特征分析认为,大部分(67.25%)雄性育性相关基因的表达具有典型的顺序发育特征。提出了甘蓝花药发育相关基因的顺序表达模型,初步揭示了花药发育过程中,多数基因表现为以线性模型在不同时期顺序表达。而E、F、G、H和I等5种表达模式为不符合顺序表达模式的育性相关基因,推测可能是各种孢子体组织独立或与小孢子协调表达的旁路基因。进一步对代表不同类型的23条TDF测序表明;其中16.7%基因参与细胞壁水解酶功能。 3.芯片试验的结果表明,这四种雄性不育类型败育的根本原因都是由于绒毡层的异常干扰了小孢子的正常发育。对胞质不育类型特异下调的叁种重迭关系的基因功能分析发现,NiCMS对细胞质内各种细胞器相关基因的干扰要比OguCMS要高,两种胞质不育类型线粒体功能异常对甘蓝发育的影响的分子机制近似于对生理刺激或环境胁迫的应激反应功能的下降或丧失。同时我们筛选出89个药壁组织中特异表达的基因(主要是绒毡层特异表达的基因)。进一步比较药壁
张德双[7]2006年在《大白菜CMS96细胞质雄性不育的分子特性及育种应用研究》文中研究指明大白菜)Brassica campestris L．ssp．pekinensis)起源于我国，是最具中国特色、国内播种面积最大、产量最高的重要叶用蔬菜。我国大白菜资源丰富、品种类型多样，商品菜生产已经基本实现周年供应。由于大白菜具有明显的杂种优势，当前主栽品种几乎均为杂种一代。利用雄性不育系生产一代杂种已经成为大白菜育种的一种发展趋势，而细胞质雄性不育系的选育和利用是以营养器官为食用对象的大白菜等蔬菜杂种优势育种的理想途径。目前，大白菜细胞质雄性不育主要来源有3种：萝卜Ogu CMS、甘蓝型油菜Pol CMS和新型甘蓝型油菜CMS96。以往的研究主要集中在对单一大白菜细胞质雄性不育系和保持系进行比较研究，本研究从分子生物学、同工酶或蛋白质、细胞学和植物学等方面初步探索3种大白菜细胞质雄性不育(Ogu CMS、Pol CMS和CMS96)的不育特征、特性，研究大白菜细胞质雄性不育这一具有重要理论意义和经济价值的遗传现象本质，特别是探索大白菜CMS96不育系的败育机理，为更好地在大白菜育种中应用CMS96细胞质雄性不育源奠定基础。基于上述情况，本论文开展了以下五个方面的研究工作，获得的主要结论如下：1．采用RAPD和AFLP技术，对3组11份大白菜不育系、保持系的mtDNA以及nDNA进行多态性研究，RAPD和AFLP结果的聚类分析表明，大白菜CMS96和Ogu CMS不育系更为相近，遗传相似性较大。筛选了153个RAPD随机引物，其中4个RAPD引物OPB20、OP004、OPU04和OPAH16获得与大白菜Ogu CMS和CMS96不育系相关的20条RAPD片段；其中1个RAPD引物OPB06获得仅与大白菜Ogu CMS不育系相关的3条RAPD片段。将OPAH16引物在大白菜Ogu CMS、CMS96不育系扩增得到的1300bp片段和在全部材料扩增得到的900bp片段转化为SCAR标记SCAR-1300和SCAR-900；筛选了64组AFLP引物，其中3组引物E-ACC／M-CAT 500、E-ACG／M-CTG 650和E-ACT／M-CTT 370获得与大白菜CMS96不育系相关的6条AFLP片段；2组引物E-ACG／M-CAT 540和E-ACT／M-CAT 610获得与大白菜Ogu CMS不育系相关的6条AFLP片段；由5组引物获得与大白菜CMS96和Ogu CMS不育系相关的22条AFLP片段；由5组引物获得与3种大白菜不育系相关的26条AFLP片段。2．采用基于同源序列基因扩增法，利用设计的7组引物PCR扩增11份大白菜不育系和保持系mtDNA，结果表明，由atp6、orf222和orf224单一引物PCR扩增产物或atp6、orf222二组混合引物多重PCR扩增产物可以将3种大白菜不育系以及保持系区分开；综合已获得的研究结果，提出大白菜CMS96不育系的不育基因为Ogu CMS orf138和Nap CMS orf222／nad5c二组已有不育嵌合基因有机结合、重组形成的新型不育嵌合基因；推测大白菜CMS96原始不育源的获得是甘蓝型油菜Ogu CMS和Nap CMS不育系原生质体对称融合的结果。利用7组引物PCR扩增11份大白菜不育系和保持系mtDNA，获得多态性扩增结果；RT-PCR技术进一步验证片段的特异性；克隆、测序和同源性比较，研究特异片段的核苷酸和氨基酸序列特性。结果表明，7组引物在11份大白菜材料中均有扩增产物，除了atp9和coxⅠ引物外，其余5组引物扩增产物均存在差异。atp6引物扩增的200bp产物可以将大白菜Ogu CMS不育系与其它不育系、保持系区别开；orf224引物只在大白菜Pol CMS不育系中有扩增产物；atpA和orf138引物扩增产物可将大白菜Ogu CMS、CMS96不育系与其余不育系、保持系区别开；orf222引物仅在大白菜Pol CMS和CMS96不育系中有扩增产物，可以将二者与其它不育系和保持系区别开，但orf222引物扩增产物存在3点不同：前者序列长度为675bp，具有ORF224开放阅读框，没有保守结构域；后者序列长度为669bp，具有ORF222开放阅读框，与Nap CMS的orf222、nad5c核甘酸序列同源性为99％，具有YFM16保守结构域；同时，利用orf138和orf222二组引物的5种组合扩增大白菜CMS96不育系mtDNA，获得3组特异扩增产物。通过atp6和orf222二组引物混合，多重PCR扩增11份大白菜mtDNA，可以将大白菜3种不育系和保持系仅一次PCR反应完全区别开，建立了一种快速鉴定3种大白菜细胞质雄性不育系和保持系的分子技术方法：所有保持系仅扩增出1条800bp带型，可以作为保持系的区分带型；大白菜Pol CMS不育系可扩增出3条带型，其中1500bp和2300bp为其特有带型，二者不是单引物扩增的产物，而是atp6和orf222引物混合后综合扩增的产物；大白菜Ogu CMS不育系可扩增出3条带型，其中200bp为其特有带型。大白菜Ogu CMS不育系多重PCR的扩增产物与单一引物的扩增结果相同，即只有atp6引物的扩增结果；大白菜CMS96不育系可扩增出2条带型：700bp和800bp，其中700bp为其特异带型。大白菜CMS96不育系多重PCR扩增产物是单一PCR扩增产物的简单累加。3．应用水平板等电聚焦(IEF)聚丙烯酰胺凝胶电泳技术，开展了2组8份大白菜不育系和保持系花、4级蕾、叶片的EST、ACP、POD同工酶和全蛋白的比较研究。结果表明，除EST外，3种大白菜不育系和保持系ACP、POD同工酶和全蛋白酶带存在差异。EST同工酶研究表明，供试材料EST酶带没有差异，均有10～11条EST酶带；POD同工酶研究表明，8份大白菜不育系和保持系花和4级蕾的POD酶带存在差异：3种不育系的C酶带活性比保持系C酶带活性强，Ogu CMS和CMS96不育系的C酶带活性又比Pol CMS不育系的C酶带活性强。所有不育系大于0.45cm蕾的C酶带活性比小于0.45cm蕾的C酶带活性强。但2组大白菜CMS96不育系的POD酶带不一致：第2组CMS96不育系B酶带活性明显比第3组CMS96不育系的B酶带活性强，也比同一组其它材料的B酶带活性强。第2组中，CMS96不育系比同一组其它材料多出1条A酶带，并与第3组材料的A酶带相同。第3组中，4种材料POD酶带数相同；ACP同工酶研究表明，大白菜Ogu CMS不育系花具有活性强的A、B酶带。大白菜Ogu CMS和CMS96不育系大于0.45cm蕾具有活性强的A、B酶带。保持系大于0.45cm蕾具有活性强的C、D酶带。所有供试材料小于0.45cm蕾的ACP酶带没有差异，均有5～6条ACP酶带；全蛋白研究表明，保持系0.35～0.55cm蕾具有活性强的A酶带，3种不育系的全蛋白酶带没有差异。4．采用透射和扫描电镜，观察大白菜CMS96不育系、保持系的花药、小孢子发育过程和表面结构。初步认为，大白菜CMS96不育系的主要败育特征为：在花粉母细胞初期，绒毡层与中层细胞提前分开，花粉母细胞虽然可以正常减数分裂，但形状不规则，花粉母细胞之间空隙大；大白菜CMS96不育系可以形成花粉，也具有花粉的纹蚀和花粉壁结构，但花粉内部营养物丧失，只有空瘪花粉粒，而且粘附在花药内，不散开。5．通过比较大白菜CMS96不育系、保持系以及试配的F1代主要植物学性状，进一步肯定了大白菜CMS96不育系和其F1代具有如下优越性：转育容易、不育度、不育株率100％、多代回交不易退化、配合力强、杂交种纯度可达100％等。获得性状优良、稳定的大白菜CMS96不育系31份；繁殖并示范推广大白菜CMS96不育系配制的4个组合：03-10、04-2、05-4和06-5；初步提出了大白菜CMS96不育系F1代良种繁育的技术规程：不育系与父本系的适宜定植比例为3比1。研究表明，大白菜CMS96不育系具有良好的育种应用前景。
马超[8]2007年在《甘蓝转育异源胞质雄性不育基因（PolCMS）植株的主要形态和生化变化研究》文中进行了进一步梳理通过对油菜(polCMS)胞质雄性不育系、甘蓝自交系及其二者杂交后再经连续多代回交获得的甘蓝早代异源胞质(polCMS)雄性不育材料叁类试材的植株主要形态和生化指标进行比较研究,得出如下结果:1.从甘蓝和油菜(polCMS)叁类材料的植株形态性状比较得出甘蓝B材料和油菜P系在育性上表现出一致性,二者雄蕊基本退化,但它们蜜腺都正常,雌蕊都能正常授粉结实,具有胞质雄性不育性的特性;甘蓝B材料在植株花蕾大小、花朵开张度、花丝长度等性状表现处于甘蓝A系和油菜P系中间型。2.甘蓝B材料与甘蓝A系和油菜P系的可溶性蛋白质和游离脯氨酸含量比较得出,在幼苗叶、花茎叶和花蕾中,油菜P系可溶性蛋白质和游离脯氨酸含量较低,而甘蓝A系含量较高,甘蓝B材料可溶性蛋白质和游离脯氨酸含量表现出居中的趋势。3.甘蓝B材料、甘蓝A系和油菜P系叁类材料POD同工酶比较得出,叁者差异主要发生在特定的抽薹开花阶段,在花蕾和花茎叶中甘蓝B材料表现出中间特异性,比甘蓝A系和油菜P系多出两条清晰的谱带Rf=0.550、0.600。4.甘蓝A系、甘蓝B材料与油菜P系EST同工酶酶谱差异相比得出,认为Rf=0.140、0.240和0.407谱带是甘蓝A系的特征谱带;Rf=0.298、0.740及0.890谱带是油菜P系的特征谱带;Rf=0.700谱带是甘蓝B材料的特征谱带,甘蓝B材料具有油菜P系的特征谱带Rf=0.740,不具有Rf=0.298、0.890特征谱带,证明甘蓝B材料与油菜P系在一定程度上表现出一致性,同时也表现出中间特异性。5.甘蓝B材料与甘蓝A系和油菜P系COD同工酶酶谱比较,叁者主要差别表现在花蕾中,甘蓝B材料和油菜P系比甘蓝A系多出一条特征谱带Rf=0.250;甘蓝B材料和甘蓝A系比油菜P系多出一条特征谱带Rf=0.150,证明在甘蓝B材料中存在油菜polCMS不育基因,也表达出由甘蓝A系回交转入的部分基因。6.甘蓝B材料与甘蓝A系和油菜P系SOD同工酶酶谱比较,甘蓝B材料与甘蓝A系和油菜P系表现出不一致性,甘蓝B材料(B1﹑B2)在花茎叶中多出Rf=0.410、0.448两条酶带,在蕾期缺失Rf=0.314谱带;同时甘蓝B材料与甘蓝A系表现出一定的一致性,甘蓝B材料(B2、B3)与甘蓝A系(A2、A3)在小花蕾中具有Rf=0.410、0.448相同谱带。
王述彬[9]2005年在《辣（甜）椒细胞质雄性不育系遗传机制及不育基因分子标记研究》文中提出辣(甜)椒(Capsicum annuum L.)是世界性重要的蔬菜和加工调味品,为我国第二大蔬菜作物。辣(甜)椒细胞质雄性不育系是杂种优势利用的基础和重要途径。利用辣(甜)椒细胞质雄性不育系培育辣(甜)椒杂交品种是当今世界辣(甜)椒育种的主攻方向。同时,辣(甜)椒细胞质雄性不育系也是联系普通遗传、细胞遗传和分子遗传的极好材料,通过研究其遗传规律、败育机理与不育基因相关的分子标记,对于丰富植物细胞质雄性不育机理具有重要的理论意义。 本文采用辣(甜)椒细胞质雄性不育系21A、延A、8A与相应的保持系21B、延B、8B和不同基因型的辣(甜)椒恢复系构建F_1群体、F_2群体、F_1×B群体、F_1×F_1群体、A×(R_1×R_2)群体,研究和分析辣(甜)椒细胞质雄性不育系的遗传类型和特点、不育胞质基因的遗传效应和不育恢复基因的遗传与分布;运用减数分裂制片技术、石蜡切片法和电子显微超薄切片技术系统观察了辣(甜)椒细胞质雄性不育系21A、8A、金A与相应的保持系21B、8B和金B减数分裂和雄配子发生的整个过程,分析了辣(甜)椒细胞质雄性不育系的败育机理;利用RAPD和AFLP分子标记技术,研究不育系和保持系间基因组DNA、线粒体DNA多态性差异,寻找辣(甜)椒细胞质雄性不育基因相关的分子标记。主要研究结果如下: 1、辣(甜)椒细胞质雄性不育系的遗传基础研究 辣(甜)椒细胞质雄性不育系21A、延A和8A均属孢子体细胞质雄性不育类型且不育性遗传特点相同,其不育性是由不育细胞质基因和1对隐性核基因共同决定。 辣(甜)椒雄性不育细胞质基因的遗传效应之一表现为单性结果且不育系间单性结果率有显着差异。不育胞质基因对F_1代主要农艺性状株高、株幅、单株结果数、果实大小、产量有一定正效应和促进作用,不育胞质对繁种没有影响。不育系的扩繁与保持以及F_1杂交种子的繁制以大棚人工辅助授粉为最佳,单株结果数和单果种子数显着高于露地人工辅助授粉和自然授粉。 匈804、LS_7、湘紫、洛紫、SI201、转育R甜和转育R辣均能完全恢复21A
逯红栋[10]2006年在《辣椒（Capsicum annuum L.）雄性不育性机理研究》文中提出以9个辣椒雄性不育材料及其相应的保持系为试材,利用田间试验结合实验室分析,从植物形态学、生理生化、细胞学等方面对辣椒雄性不育性及其机理进行了较为深入的研究。对雄性不育材料和相应保持系的花器官性状进行了观察比较;测定了供试材料的3个酶活性和脯氨酸含量,从物质代谢的角度对试材花蕾中的酶活性及脯氨酸含量做了分析;采用聚丙烯酰胺凝胶电泳法,对试材不同组织器官和不同发育时期花蕾的过氧化物酶(POD)同工酶进行了分析;采用石蜡切片法,从细胞学角度研究了供试材料小孢子的发育过程,主要结果如下:1.雄性不育材料成熟花药瘦小、干瘪;而相应的保持系花药正常,花粉粒饱满。2.雄性不育材料的过氧化物酶活性和多酚氧化酶活性均高于相应的保持系,但过氧化氢酶活性和游离脯氨酸含量都低于相应的保持系,并且上述3种酶活性和脯氨酸含量在雄性不育材料与保持系间差异显着。3.过氧化物酶同工酶分析表明,辣椒花蕾中的POD同工酶谱带均比叶片中的丰富,表现出明显的组织特异性。雄性不育材料和保持系间的酶谱在幼叶和小花蕾中基本无差异,在大花蕾和特大花蕾时期,雄性不育材料比保持系多两条谱带(POD4c和POD4d),表明POD同工酶的表达与辣椒小孢子的发育过程密切相关。4.细胞学观察结果表明,雄性不育材料小孢子的败育发生在四分体时期至单核花粉期。此时绒毡层细胞异常肥大,四分体受到挤压后破裂并降解,无法形成正常的单核花粉粒。同时扫描电镜观察结果表明,雄性不育材料的花粉粒形状不规则,空瘪,有部分花粉粒的花药壁解体;而保持系的花粉粒结构完整,表面有叁个明显的萌发沟。
参考文献：
[1]. 甘蓝胞质雄性不育性及其机理研究[D]. 许忠民. 西北农林科技大学. 2004
[2]. 大豆雄性不育性的自然变异、种质发掘与选育研究[D]. 赵团结. 南京农业大学. 2005
[3]. 甘蓝显性细胞核雄性不育的细胞学特征、生化基础及其分子标记的研究[D]. 刘玉梅. 中国农业科学院. 2003
[4]. 甘蓝型油菜细胞质雄性不育系NCa的研究[D]. 危文亮. 中国农业科学院. 2005
[5]. 甘蓝细胞质雄性不育性对核背景的响应研究[D]. 张艳. 西南大学. 2010
[6]. 四种类型甘蓝雄性不育系花药败育特征及基因表达谱分析[D]. 康俊根. 中国农业科学院. 2006
[7]. 大白菜CMS96细胞质雄性不育的分子特性及育种应用研究[D]. 张德双. 中国农业科学院. 2006
[8]. 甘蓝转育异源胞质雄性不育基因（PolCMS）植株的主要形态和生化变化研究[D]. 马超. 西北农林科技大学. 2007
[9]. 辣（甜）椒细胞质雄性不育系遗传机制及不育基因分子标记研究[D]. 王述彬. 南京农业大学. 2005
[10]. 辣椒（Capsicum annuum L.）雄性不育性机理研究[D]. 逯红栋. 西北农林科技大学. 2006
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