小麦显性雄性不育单基因Tal的端体分析1)

小麦雌雄不育的奇特遗传种质显花植物的雄性不育现象是人们首先注意并加以研究利用的遗传变异之一；雌性不育虽也有发现，但迄今为止对其产生的内在机制还知之甚少；受一套遗传基因控制的既雄性不育又雌性不育的材料是一种罕见的自然现象，仅在少数植物上发现过，小麦中尚未见有报道。

我们在利用太谷核不育小麦进行轮回选择的过程中，从1株编号为Y8880-5的可育株后代中发现一个雌雄性都不育的奇恃遗传种质。

雌雄不育株除性器官外，其它性状与可育的姊妹株没有不同。

在孕穗期，雌雄性不育株的花药比正常株瘦小，为青绿色，个别颜色较淡。

雌蕊子房正常，柱头纤细，呈锥形，高出花药之上；随着穗子抽出，花药由绿变黄，开花后干枯，呈黄白色，不能正常开裂。

雌蕊柱头分作两叉，呈“V”字形，象山羊角一样，上面光秃秃的，没有接受花粉的“羽毛”。

雌雄性不育株自交、异交都不能结实，开放授粉结实率仅为0.98%。

而所得种子较瘪，胚凹陷，大部分不能萌发。

雌雄不育株是靠可育的姊妹株相交得以保存的。

遗传研究确定，雌雄不育性受两对隐性基因控制，雌雄不育株的基因型为fms1fms1fms2fms2，可育姊妹株的基因型有8种，其中基因型Fms1fms1Fms2fms2、Fms1fms1fms2fms2和fms1fms1Fms2fms2的自交后代各分离出1/16、1/4和1/4的雌雄性不育株。

根据试验资料分析，在轮选可育株Y8880-5衍生的F3家系的一个植株Y90888-01已携带两对控制育性的杂合基因，即Fms1fms1Fms2fms2，这两对控制雌雄性不育的隐性基因可能早已存在，只是分散在不同的品种上，在轮回选择的过程中被重组在一起。

在一些世代由于对雌雄性不育现象未给予注意，因而在F5家系中才发现雌雄性不育现象的存在。

另一种可能是，一个控制育性的隐性基因在Y8880-5植株上已经存在，并在Y8880-5衍生的F3家系中该基因的携带者又发生了一个与雌雄性不育有关的隐性基因突变，使控制雌雄不育性的两对隐性基因结合在一起，因此在自交后代就能够分离出雌雄性不育株。

小麦作为重要的粮食作物，其雄性不育机理研究对于促进粮食生产和解决人类粮食问题具有重大意义。

科研人员分别从生理生化、分子生物学等层面对小麦雄性不育机理进行了探究。

上述已有研究虽日益深入，但尚未阐明小麦雄性败育机理。

因此本文总结两方面的研究进展，以期为阐明小麦雄性不育机制提供思路。

1雄性不育的生理生化研究1.1活性氧（ROS）与雄性不育近年来，有报道指出ROS与绒毡层异常降解密切关联进而导致小麦雄性败育。

Wang等发现CHA-SQ-1能够诱导线粒体功能障碍，细胞色素氧化酶等蛋白质活性下降，导致线粒体电子传递链被抑制，ROS过量产生和抗氧化酶途径破坏；ROS过量和MnSOD缺乏导致线粒体膜损伤，ROS被释放进入细胞质，使小孢子遭受严重的氧化应激引起绒毡层提前凋亡，导致花粉败育；提出了线粒体介导小麦细胞质雄性不育的代谢途径[1]。

Liu等在探究D2型细胞质雄性不育小麦绒毡层延迟程序凋亡与ROS代谢的关系时，发现不育系中O2-、MDA含量在单核晚期均比保持系显著升高，说明过量ROS使得花药细胞膜的不饱和脂肪酸降解为MDA，因此其MDA含量明显高于保持系；认为绒毡层延迟的PCD导致ROS的过度积累，过量的ROS打破了抗氧化防御系统的平衡，导致小麦败育[2]。

同时Liu等发现U87B1-706A不育系也表现为延迟性绒毡层PCD，在花粉发育过程中ROS含量超标，并通过定量PCR证实了超氧化物歧化酶等表达在花粉早期发育中上调；推断过量的ROS可能与酶基因表达水平升高有关，其打破了抗氧化系统平衡，花粉败育[3]。

1.2蛋白质与雄性不育Zhang等和Zheng等研究了不育系中的差异丰富蛋白(DAPs)，不同生育力小麦中发生增减的DAPs主要涉及能量代谢、苯丙类生物合成等；与不育系相比，与能量和苯基丙酮代谢等相关的蛋白在花药发育中均升小麦雄性不育机理的研究进展（河南师范大学生命科学学院453007）【摘要】稳定雄性不育系的建立是杂种优势利用的前提条件，因此阐明小麦雄性不育的形成机理是实现杂交小麦高效制种的基础理论保障。

小麦雌性育性基因极端群体定位及遗传分析的开题
报告
一、选题背景
小麦是我国主要的粮食作物之一，其增产和优质化一直是农业科研工作者探索的热点。

雌性育性基因是影响小麦雌蕊发育和花粉形成的重要因素，对于小麦的繁殖和产量影响较大。

极端基因型群体对小麦雌性育性基因的遗传效应存在差异，因此深入探究小麦雌性育性基因极端群体的遗传机制和定位，有助于小麦产量的提高与优质化。

二、研究目的
该研究旨在深入探究小麦雌性育性基因极端基因型群体的遗传机制和定位，为小麦产量的提高和优质化提供理论依据和技术支撑。

三、研究内容和方法
3.1 研究内容
（1）筛选小麦雌性育性基因极端群体；
（2）对极端基因型群体进行遗传学分析，比较雄性不育和雌性育性基因的遗传效应差异；
（3）利用基因组学技术对雌性育性基因进行定位和筛选。

3.2 研究方法
（1）组织采样及基因组DNA提取；
（2）PCR扩增和基因重测序，分析雌性育性基因及相关基因位点的差异；
（3）基因定位，包括单倍体分子标记和SNP（单核苷酸多态性）标记等；
（4）统计分析，包括QTL（数量性状基因座）分析、遗传变异分析等。

四、研究意义
该研究可为小麦产量的提高和优质化提供基础科学依据和实践技术支撑，为未来的小麦遗传育种研究提供重要的参考。

同时，对于其他作物的遗传改良研究，也具有一定的启发意义。

atp1基因在小麦BNS雄性不育系和自身转换系中的差异表达摘要：atp1基因在植物中是线粒体基因组编码，其产物ATPl是线粒体ATP 合酶F1的α亚基，在小麦BNS的雄性不育系和它的转换系中差异表达。

为了检测该基因的表达丰度，探讨与BNS不育性的联系，以BNS不育系和它的转换系的幼穗、花药和穗轴等组织为材料，利用实时荧光定量PCR方法，测定和比较该基因在不同组织中的表达水平，结果表明，该基因在各组织中的总表达量比内参甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因表达量高3—4个数量级；在幼穗及各穗轴营养组织中表达量一致；花药与营养组织比较，在不育系四分体和单核期花药中表达均上调：在不育系中，该基因表达量在单核期花药中显著下调。

这些结果说明.线粒体atp1基因在小麦中是一个高水平表达基因.在BNS营养组织中组成型表达，在花药中特异性上调表达，在不育系中表达受到抑制，表现显著下调.表明atpl基因的下调表达与BNS不育性有关。

关键词：小麦：BNS雄性不育；atp1；基因差异表达分析；荧光实时定量PCRATP合酶（ATP synthase）是高等植物细胞内最人的酶系之一，定位在细胞质基质、叶绿体、线粒体等细胞器的内膜上。

ATP合酶由两部分组成，即F0和F1，当F0和F1在结合状态时表现ATP合成酶的活性，在分离状态下是ATP水解酶活性。

线粒体ATP合酶的FI有9个亚基，Fo的亚基数不同物种数量不同。

线粒体F1中的α亚基有3个分子，与β亚基3个分子交替排列，旋转时合成ATP。

研究已经明确，线粒体F1α亚基基因atp1位于线粒体基因组上，产物是α亚基蛋白ATPl，其表达是组成型的，但也受核基因调控。

植物雄性不育是植物的雌蕊发育止常，雄蕊发育不正常，不产生有功能花粉的一种现象。

具有该特性的不育系是作物杂种优势利用的核心材料。

对不育机制进行研究，多数结果都显示，不育系中与能量供应的相关代谢途径和组成成分出现异常，表现ATP/ADP比率减少、ATP合酶活性降低、不育和可育植株之间ATPI 差异表达、以及atpl基因差异表达等。

5种细胞质雄性不育小麦败育的生物学特性及育性恢复细胞质雄性不育小麦（CMS）是一种利用雄性不育基因和特定细胞质（质体）实现杂交育种的方法，它具有高效、简便等优点，在新品种培育中得到广泛应用。

然而，CMS小麦败育也是影响作物产量和降低农业可持续发展的重要因素之一。

本文将围绕5种细胞质雄性不育小麦败育的生物学特性及育性恢复展开讨论。

一、结构紧密的线粒体基因组细胞质雄性不育小麦的线粒体组成不同于普通小麦，线粒体基因组相对结构比较紧密，缺乏间隔序列，这种紧密的结构会诱导线粒体某些基因产生缺陷，进而导致光合作用受到影响、能量代谢紊乱、膜通透性改变等生物学反应，从而使小麦败育。

二、不充分或过量释放线粒体基因产物线粒体基因不充分或过量释放其产物为细胞质雄性不育小麦败育的主要原因。

线粒体基因产物的不充分释放可能是由于异常的转录、翻译和基因组拷贝等多种因素导致，线粒体呼吸链和氧化磷酸化途径功能减弱，呼吸过程中氧化磷酸化作用酶的数量和活性降低，直接影响细胞的光合复合物和能量代谢，从而导致小麦败育。

三、线粒体基因内的突变线粒体基因的突变也可引起细胞质雄性不育小麦败育，突变是由于线粒体基因自身的遗传特性引起线粒体生物合成过程出现差错，导致突变。

突变的原因有很多，包括自然选择、外来DNA插入和放射线等，突变类型有替换、缺失、插入和转座等。

这些突变可导致线粒体基因失去正常的活性，进而导致光合作用和能量代谢等过程失调，从而使小麦败育。

四、线粒体基因与染色体相互作用线粒体基因和染色体的相互作用也是小麦败育的原因之一。

实际上，线粒体基因和核基因总是相互作用的，因为在表现线粒体发育、功能和代谢水平时，线粒体基因做出决定性的贡献。

因此，当核基因和线粒体基因相互配对时，可能会导致特定线粒体变异在染色体上表现出连锁现象，从而导致小麦的一部分膜和酵素的失调，进而导致小麦败育。

五、育性恢复解决细胞质雄性不育小麦败育的一个有效途径是通过育性恢复。

第26卷第3期作　物　学　报V o l.26,N o.3 2000年5月A CTA A GRONOM I CA S I N I CA M ay,2000小麦(T.aest ivum)W axy-D1基因缺失材料的发现及分析X王子宁　郭北海　李洪杰　张艳敏　温之雨　李　辉(河北省农林科学院粮油作物研究所,河北石家庄,050031)提　要　利用S D S2PA GE技术,从河北省及其它省引进小麦地方品种900份中,鉴定出了普通小麦W ax y2D1基因缺失材料一份,W ax y2B1基因缺失材料6份。

这些材料的发现,为我国开展品质育种研究打下了基础,尤其是W ax y2D1隐性材料尤为稀少,是至今为止世界上发现的第二份含有该隐性基因的地方品种。

在小麦淀粉遗传控制研究和品质育种方面具有深远的理论研究和应用价值,并为培育蜡质小麦奠定材料基础。

关键词　普通小麦;地方品种;W x2D1基因;缺失材料The D iscovery and Ana lysis of W hea t Culti var(T.aest ivum)w ith W x-D1(null)GeneWAN G Zi2N ing　GUO Bei2H ai　L I Hong2J ie　ZHAN G Yan2M in　W EN Zh i2Yu　L I H ui (Institute of Food and O il C rops,H ebei A cad e m y of A g ricultural and Forestry S ciences,S hij iazhuang,050031,P.R.China)Abstract　O ne W x2D1(null)variety“Bai m angbai”and six W x2B1(null)varieties w ere suc2 cessfully selected by12D SD S2PA GE from900landraces in H ebei.T he frequency of no r m al type >W x2B1(null)>W x2D1(null)>W x2A1(null).W x2D1(null)is a very i m po rtan t gene.It again show s that the m aterials in Ch ina are a s pecial group;these m aterials discovered here are a s o lid foundati on of the research on w heat quality breeding in Ch ina.T h is variety w ill be valuable in the theo ry study and app licati on in w heat starch genetics and quality breeding.It als o has a very good future in the devel opm en t and utilizati on of a m yl opectin.Key words　W heat;L andraces;W x2D1genes;Con stituti onW ax y蛋白是结合在禾谷类胚乳淀粉颗粒上的一种蛋白,也叫淀粉粒合成酶(GBSS),该酶的表达与否控制直链淀粉的合成,其基因位点为W x,在玉米、水稻[1,2]、高粱、谷类[3]和小麦[4]均已发现。

山东农业大学硕士学位论文BNS小麦雄性不育恢复基因的遗传特性及其QTL的初步定位姓名：王茂婷申请学位级别：硕士专业：作物遗传育种指导教师：高庆荣2011-06-01山东农业大学硕士学位论文摘要为研究BNS小麦雄性不育性恢复的遗传特性和挖掘BNS雄性不育性恢复基因，本试验以光温敏雄性不育小麦BNS和恢复系SN055525为材料，构建（BNS×SN055525）F2群体和BC1回交群体，连续两年调查（BNS×SN055525）F2群体和BC1回交群体的自交结实率，确定BNS雄性不育性恢复基因的遗传特点；利用SSR分子标记在父母本间进行多态性引物的筛选，以2009年（BNS×SN055525）F2的300单株为作图群体，进行SSR标记分析，利用Mapmaker3.0b软件进行连锁分析，构建了SSR分子标记遗传图谱。

采用基于混合线性模型的QTLNetwork 2.0软件对BNS小麦雄性不育性恢复相关性状进行初步的QTL定位研究。

主要试验结果如下：（1）BNS的雄性不育性恢复由2~3对显性主效基因控制，同时受微效基因的影响，表现为典型的主效+微效修饰基因控制的特点；BNS的雄性不育性恢复受温度影响显著，是典型的温光敏雄性不育小麦。

（2）选用2180对不同来源的SSR引物对父母本进行多态性筛选，从中筛选出具有多态性的引物组合258对，经进一步筛选，利用120对扩增清晰、稳定的多态性引物检测F2群体中的分离情况，大多数位点在群体中的分布符合3:1的分离比例。

（3）采用Mapmaker3.0b软件进行连锁分析，构建了（BNS×SN055525）F2的遗传连锁图谱，含90个标记定位，覆盖了小麦17条染色体上，总长度为1276cM，标记之间平均遗传距离为14.4cM。

单个染色体的标记数在2~10个范围内变化。

根据已公布的分子标记间的距离和顺序，用Mapchart 2.1软件绘制遗传连锁图谱。

第27卷第2期作　物　学　报V o l.27,N o .22001年3月A CTA A GRONOM I CA S I N I CA M ar .,2001小麦T 、K 、V 型胞质不育系和杂种m t D NA 的RAPD 分析及育性相关片段的克隆Ξ孙兰珍　姚方印ΞΞ　李传友　李利斌　刘保申　高庆荣(山东农业大学农学系,山东泰安271018)提　要　用RA PD 技术对细胞质分别来源于粘果山羊草(A e .kotschy i )、偏凸山羊草(A e .ven tricosa )、提莫菲维小麦(T .ti m op heev ii )的三种普通小麦雄性不育系22K 型、V 型、T 型及相应的保持系、恢复系以及杂种F 1代的线粒体DNA (m tDNA )进行了比较分析。

结果如下:(1)发现在m tDNA 组织结构上K 型、V 型、T 型不育系之间以及与保持系之间均呈现差异,这从DNA 水平上提供了三类不育系胞质来源不同的证据;(2)利用23个引物的扩增结果进行了聚类分析,绘制出了T 型、K 型、V 型三种不育系、保持系和K 、V 型共同的恢复系及杂种F 1代树式遗传关系图;(3)对两个特异的多态性DNA 片段进行了回收,克隆、并制备探针,Sou thern 杂交结果显示不育系与保持系间存在多态性,有两个片段可能与育性有一定的联系。

关键词　普通小麦(T .aestivum );细胞质雄性不育;线粒体DNA ;RA PD 分析RAPD Ana lysi ng of C M S -T ,K ,V m t D NA s and Clon i ng of m t D NA Fragm en ts A ssoc i a ted w ith C M S -K i n W hea tSU N L an 2Zhen YAO Fang 2Y in L I Chuan 2You L I L i 2B in L I U B ao 2ShenGAO Q ing 2Rong(D ep art m ent of A g rono my ,S hand ong A g ricu ltu ral U niversity ,T aian ,S hand ong 271018,Ch ina )Abstract M itochondrial DNA s (m tDNA s )from th ree typ es of cytop las m ic m ale sterility lines (C M S 2K ,2V and 2T )in w heat ,of w h ich the cytop las m derived from A e .kotschy i ,A e .ven tricosa and T .ti m op heev ii ,resp ectively ,w ere com p ared am ong C M Ss and their m ain tainer ,resto rer and hyb rids of C M S 2K and 2V .T he resu lts indicated that :(1)the m tDNA s from C M S 2K ,2V and 2T w ere differen t from each o ther and from their m ain tainer ,th is p rovided som e evidence at m o lecu lar level fo r th ree k inds of C M S lines w ith differen t cytop las m s ;(2)the genetic dendrogram w as m ade and the relative genetic distance am ong 7differen t w heat m aterials w as calcu lated by clu ster analysis w ith am p lificati on p roducts from 23p ri m ers ;(3)tw o sp ecific fragm en ts of m tDNA w ere then cloned in to p las m id vecto r andconverted in to R FL P p robes.Sou thern hyb ridizati on p attern s revealed po lym o rp h is m betw een sterile line and m ain tainer line .Key words W heat (T .aestivum ),Cytop las m ic m ale sterility (C M S ),M itochondrial DNA (m tDNA ),RA PD analysisΞΞΞ现工作单位:山东省农业科学院水稻研究所收稿日期:2000202222,接受日期:2000206216R eceived on :2000202222,A ccep ted on :2000206216国家自然科学基金(39570452)资助课题。