植物细胞质雄性不育性是由于细胞器和核基因组之间的不兼容性和防止自我授粉的结果 2
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某理工大学《遗传学》课程试卷(含答案)__________学年第___学期考试类型:(闭卷)考试考试时间:90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、判断题(55分,每题5分)1. 在F+×F-杂交中,供体细菌只能把它们的染色体的特定片段转移给受体。
()答案:错误解析:2. 所有的基因都是顺反子。
()[中山大学2019研]答案:正确解析:顺反子,也做作用子,是基因的一个旧名称。
3. 染色体缺失杂合体减数分裂时形成的缺失圈是由缺失染色体形成的。
()[湖南农业大学2018研]答案:错误解析:染色体缺失杂合体与同源染色体配对时,标准染色体缺少对应的同源部分,结果形成凸露的缺失圈。
4. 有些基因本身不能独立地表现任何可见的表型效应,但可以完全抑制其他非等位基因的表型效应,这种基因为下位基因。
()[中山大学2019研]答案:错误解析:不能独立地表现任何可见的表型效应的基因但可以完全抑制其他非等位基因的表型效应,这种基因为上位基因。
5. 表型与性别有关的性状,其基因不一定都位于性染色体上。
()答案:正确解析:表型与性别有关的性状,其基因也可能位于常染色体上。
6. 副突变是指一个等位基因可以使其同源基因的转录发生沉默。
()[中山大学2019研]答案:正确解析:副突变是指一个等位基因可以使其同源基因的转录发生沉默。
也就是具有同一位点的两个等位基因之间的相互作用,它导致其中一个等位基因发生一个可遗传的变化。
7. 致死基因的作用发生在胚胎期或成体阶段的称为合子致死。
()答案:正确解析:合子致死是指致死基因在胚胎期或成体阶段发挥作用导致胚胎死亡的现象。
8. 由核基因决定的雄性不育系,没有相应的保持系。
()答案:正确解析:核雄性不育是受细胞核不育基因控制的,与细胞质没关系。
所以核不育的恢复系很多但没有保持系,不能三系配套。
9. 孟德尔选取豌豆作为他的实验材料,因为它是一种性状的一年生植物。
普通遗传学课程考试试题一一、名词解释(每小题2分,共10分)1、花粉直感2、QTL3、单倍体4、连锁群5、狭义遗传率二、填空题(每空1分,共20分)1、保持平衡状态的群体应是一个______随机交配________群体.中的单体表现_____显性_____,则说明有2、表现显性的小麦单体1A,与表现隐性的双体杂交,若F1关基因不在1A染色体上。
3、某DNA的核苷酸中,A的含量为30%,则G的含量为__20%________.4、小麦和黑麦是两个近缘种。
在小麦中常发生籽粒颜色的突变。
根据基因突变的__平行性_______可推测黑麦中也可能发生子粒颜色的突变。
5、花粉母细胞经过减数分裂形成四个小孢子,每个小孢子的核再经过第一次有丝分裂后形成两个子核。
其中一个核移到细胞质稀疏的一端,发育成____生殖核______。
另一个核移到细胞质稠密的一端,发育成_____营养核_____.6、将外源基因导入植物细胞的主要方法有____农杆菌转化法__________和_____基因枪__________.7、性状伴随Y染色体的遗传属_____限性_______遗传。
8、玉米的两对同源染色体,分别载有Aa和Bb基因。
这杂种细胞有丝分裂末期到达一极的染色体含_________AaBb___________基因,到达另一极的染色体含_____AaBb____________基因。
9、植物杂种优势常利用三系配套,这三系指___不育系________、____保持系_____和____恢复系_________。
10、已知两对独立遗传的非等位基因A,a与B,b,并具有互作关系。
如果基因型、表现型如下:基因型表现型A_B_甲性状A_bb乙性状aaB_乙性状若aabb表现丙性状,则基因____A____对基因_____B___为____积加____作用.11、普通小麦(AABBDD)×提莫菲维小麦(AAGG)的F在减数分裂前期I可形成_____7______个二价1体和____21_______个单价体。
细胞雄性不育的原理细胞雄性不育指的是由于某些原因导致植物在花药发育过程中的细胞分裂和减数分裂异常,造成花粉发育不正常或不完全,从而导致植物无法正常进行有性繁殖。
细胞雄性不育可以通过多种途径实现,包括染色体异常、基因突变、胞质遗传等等。
以下将对细胞雄性不育的原理进行详细阐述。
染色体异常是造成细胞雄性不育的一种主要原因之一。
在花药发育过程中,细胞的染色体在有丝分裂和减数分裂中起到关键作用,包括染色体的分离、配对和交换等。
若染色体出现异常,例如缺失、重组、易位等,将会影响正常染色体的分离和配对,导致花粉发育中的细胞减数分裂过程出现问题,最终导致细胞雄性不育。
染色体异常主要包括结构异常和数量异常,如染色体缺失、重复、易位、多倍体等。
基因突变也是细胞雄性不育的重要原因之一。
在细胞发育过程中,许多基因起着调控花粉发育的重要作用,如花粉母细胞的分裂和减数分裂、花粉壁的合成、孢粉囊的形成等。
若这些基因发生突变,将会直接影响花粉的发育过程,导致细胞雄性不育。
例如,若花粉母细胞减数分裂过程中的某个关键基因发生突变,将会使得染色体无法正常分离和合并,最终导致花粉发育异常,无法形成正常的花粉粒。
胞质遗传也是导致细胞雄性不育的重要原因之一。
植物的细胞核和胞质都参与了细胞雄性不育的调控。
正常情况下,胞质和细胞核之间相互协作,共同调控花粉的发育。
然而,有些植物株系中的胞质与细胞核之间的配对不协调,即所谓的不兼容性,会导致细胞雄性不育。
这种不兼容性可能是由于细胞核中的某些基因与胞质发生冲突或对胞质的调控产生异常反应而引起的。
除了以上几种原因外,环境因素、营养调控和激素调控等也可以对细胞雄性不育起到一定的影响。
一些环境因素,如温度、光照和湿度等,可能会影响细胞分裂和花粉发育过程中的某些关键环节,导致细胞雄性不育。
此外,植物的营养状况和激素调控也与细胞雄性不育相关。
营养元素的供给和平衡将直接影响细胞分裂和花粉发育的进行,而激素的合成和调控则对花粉发育起到重要的调节作用。
普通遗传学第⼗⼀章核外遗传⾃出试题及答案详解第⼆套⼀、名词解释:1、母性影响2、细胞质遗传3、核外遗传4、植物雄性不育5、核不育型⼆、填空题:1、以条斑⽟⽶ijij与正常绿⾊⽟⽶(IjIj)杂交,产⽣的后代为条斑(Ijij),再与绿⾊⽟⽶IjIj)回交,其后代的表现型和基因型有_______________________。
2、“三系”配套中的“三系”是指雄性不育的保持系、和不育系。
雄性的育性是基因共同作⽤的结果。
S(rf rf)是控制系基因型,N(RfRf)是控制系的基因型。
3、植物的雄性不育系⾃交表现为______________,不育系与保持系杂交,后代表现为_______________,不育系与恢复系杂交,后代表现为_______________。
4、细胞核基因存在于_________________,细胞质基因存在于________________。
5、核基因所决定的性状,正反交的遗传表现______,胞质基因所决定的性状,正反交的遗传表现往往____________。
6、各种细胞器基因组主要包括有__________基因组和_________基因组。
7、属母性影响的性状受基因控制,后代表现型是由决定的,在代表现出孟德尔⽐例。
8、属持久母性影响的锥实螺F1代的外壳旋向表型与的基因型⼀致,F2代⽆论正反交均为旋,F3代左右旋⽐例为。
三、选择题:1、⽟⽶条纹叶的性状受叶绿体基因和核基因共同控制。
今以IjIj(绿)为母本,与ijij(条纹)杂交,F2 代个体性状表现及⽐例为()A、3绿⾊:1条纹或⽩化B、1绿⾊:2条纹:1⽩化C、全是条纹D、绿⾊:条纹:⽩化是随机的2、⾼等⽣物细胞质遗传物质的载体有:()A、质粒B、线粒体C、质体D、噬菌体3、下列那种叙述不是细胞质遗传所特有的()A、遗传⽅式是⾮孟德尔遗传B、F1代的正反交结果不同C、细胞质遗传属母性遗传因此也称母性影响D、不能在染⾊体上进⾏基因定位4、下列有关C质基因叙说中,哪⼀条是不正确的()A、细胞质质基因也是按半保留⽅式进⾏⾃我复制,并能转录mRNA,最后在核糖体合成蛋⽩质。
最新国家开放大学电大本科《遗传学》期末试题标准题库及答案(试卷号:1285)《遗传学》题库一一、单选题(每题2分,共30分)1.在细胞周期中,时间较长的时期是( )。
A. Go B.GiC.G2 D.S2.减数分裂中由于染色体的变化十分复杂,可进一步分为5个亚时期的是( )。
A.前期I B.中期IC.后期I D.末期I3.基因的转录序列有时又称为( )。
A.调控基因 B.结构基因C.操纵子 D.启动子4.下列关于基因的叙述,错误的是( )。
A.所谓具有遗传效应,就是能够转录和翻译B.基因是具有遗传效应的DNA片段C.基因在高等生物的体细胞中成对存在D.等位基因是指位于同源染色体的基因5.独立分配定律阐明的是( )。
A.一对相对性状的遗传规律B.两对及两对以上相对性状的遗传规律C.同一条染色体上基因控制性状的遗传规律D.同源染色体上的基因控制的性状的遗传规律6.两对基因之间表现为抑制作用时,F2的比例是( )。
A.9:7 B.12:3:1C.13:3 D.9:3:47.杂合体自交导致基因型纯合,每自交一代( )。
A.纯合体增加100% B.杂合体减少75%C.杂合体减少50% D.纯合体增加75%8.下列关于紫茉莉花斑枝条,错误的是( )。
A.检查绿色叶片或花斑叶的绿色部分,细胞中含有正常的叶绿体B.检查白色叶片和花斑叶的白色部分,则细胞中缺乏正常的叶绿体C.不同类型枝条花的杂交试验表明后代与接受花粉的枝条相同D.不同类型枝条花的杂交试验表明后代与提供花粉的枝条相同9.关于线粒体基因组,错误的是( )。
A.具有复制、转录和翻译的功能B.不需要核基因组的指导与调控C.能合成与自身结构有关的一部分蛋白质D.能产生一种阻遏蛋白,阻遏核基因的表达10.要繁殖雄性不育系,应采用( )。
A.不育系×保持系 B.不育系×恢复系C.保持系×恢复系 D.保持系×不育系11.基因频率和基因型频率的变动范围是在( )。
第一章遗传的细胞学基础一.名词解释1.染色体:遗传物质的主要载体,是细胞分裂期出现的结构,因其极易被碱性染料染色,故称染色体。
2.同源染色体:一个二倍体生物的体细胞中含有两组同样的染色体,其中形态、结构、功能相同的每对染色体。
3.联会:减数分裂过程中,同源染色体两两成对平列靠拢的现象称为联会。
4.姊妹染色单体:染色体经过复制由一个着丝粒相连的两条染色体。
5.二价体:联会配对的一对同源染色体。
6.交换:在减数分裂的粗线期,非姊妹染色单体间互换片段的现象。
7.交叉:由于交换的发生,形成二价体的两条同源染色体彼此排斥分开,但发生交换的部位仍连接在一起。
8.双受精:植物受精方式之一。
指一个精核与卵细胞结合发育成种子的胚,另一精核与两个极核结合发育成种子胚乳。
二、填空题1.从到染色体的四级结构是(核小体)、(螺线管)、(超螺线管)和(染色体)。
2.减数分裂前期Ⅰ可分为(细线期)、(偶线期)、(粗线期)、(双线期)和(浓缩期)。
3.某二倍体生物2n=4,则减数分裂中非同源染色体共有(4)种组合形式。
4.植物种子的(胚)和(胚乳)是双受精的产物,而(种皮)属于母体组织。
5.细胞有丝分裂过程的(中期)和减数分裂的(终变期)是鉴定植物染色体数目的最好时机。
6.着丝粒可将染色体分为(长臂)和(短臂)。
7.减数分裂过程中,由同一条染色体复制出来的两条染色单体称为(姊妹染色单体),同源染色体两两成对平列靠拢的现象称为(联会)。
8.细胞有丝分裂和减数分裂的分裂过程不同,有丝分裂经过(1)次分裂,而完整的一次减数分裂要经过(2)次分裂。
三、选择题1减数分裂过程中同源染色体的分离发生在(B)。
A中期Ⅰ B后期Ⅰ C中期Ⅱ D后期Ⅱ2.减数分裂过程中姐妹染色体的分离发生在(D)。
A中期Ⅰ B后期Ⅰ C中期Ⅱ D后期Ⅱ3.DNA的半保留复制发生与(B)。
A.前期B. 间期C.后期D.末期4.被子植物的胚乳是由一个精核和(D)结合形成的。
利用植物雄性不育性生产杂种种子雄性不育是指雄性器官发育不良,失去生殖功能,导致不育的特性。
雄性不育性在植物界普遍存在。
据Kaul(1988)报道,已经在43科162属617个物种及种间杂种中发现了雄性不育,其中包括玉米、水稻、小麦、高粱、油菜、棉花等主要农作物。
雄性不育可以作为重要工具用于各种作物的杂交育种和杂种优势利用,特别是自花授粉作物和常异花授粉作物的杂种优势利用,更是把雄性不育作为最重要的途径。
当杂交母本获得了雄性不育性,就可以免去大面积繁殖制种时的去雄劳动,降低生产成本,提高杂种种子质量,带来更大的经济效益。
一、植物雄性不育性的分类(一)质核互作雄性不育质核互作雄性不育是受细胞质不育基因和对应的细胞核不育基因共同控制的不育类型,常被简称为胞质不育(CMS)。
当胞质不育基因S存在时,核内必须有相对应的隐性不育基因rr,个体才表现不育。
在杂交或回交时,只要父本核内没有显性可育基因R,则杂交子代一直保持雄性不育,表现细胞质遗传的特征。
如果细胞质基因是正常可育基因N,即使核基因是rr,个体仍然正常可育;如果核内存在显性可育基因R,不论细胞质是S或N,个体均表现育性正常。
按照细胞质中有可育基因N或不育基因S,细胞核中有显性可育基因RR,隐性不育基因rr,杂合基因Rr,质核结合后将会组成6种基因型(表10-1)。
6种基因型中只有S(rr)一种不育,具有这种基因型的品系或自交系就称雄性不育系,简称不育系(A)。
它由于细胞质基因体内生理机能失调,以致雄性器官发育不良没有生殖能力,但它的雌蕊是正常的,可以接受外来花粉而受精结实。
其余5种基因型都是可育的,如果以不育型为母本,分别与5种可育型杂交将会出现以下三种情况:表10-1 质核互作的6种遗传结构细胞核基因细胞质基因RR Rr rr N(可育)N(RR)可育N(Rr)可育N(rr)可育S(不育)S(RR)可育S(Rr)可育S(rr)可育(1)S(rr)×N(rr)→S(rr),F l全部表现不育,说明N(rr)具有保持不育性在世代中稳定传递的能力,具有N(rr)基因型的品系或自交系称雄性不育保持系,简称保持系(B)。
园艺植物育种学塔里木大学植物科学学院园艺13-2班庞洪翔一、名词解释1、园艺植物育种学:园艺植物育种学是研究选育与繁殖园艺植物优良品种的原理和方法的科学。
2、进化:生物接受环境给予的刺激后,产生形态和性状的改变,以适应现有的生境,这种演变发生的过程称为进化。
3、种质与种质资源:(1)种质:是决定生物遗传性状,并将遗传信息从亲代传递给子代的遗传物质,遗传学上称为基因。
(2)种质资源:把具有种质并能繁殖的生物体同成为种质资源。
4、一般配合力与特殊配合力:(1)配合力:配合力又称组合力,是衡量亲本系在其所配的F1中某种性状(如产量或其他性状)的好坏或强弱的指标。
(2)一般配合力(GCA):一般配合力是指某一亲本系与其它亲本系所配的几个F1的某种性状平均值与该试验全部F1的总平均值相比的差值。
(3)特殊配合力:特殊配合力是指某特定杂交组合的某形状实测值与根据双亲一般配合力算得的理论值的离差。
5、芽变选种与实生选种:(1)芽变:芽变是指发生在芽内分生组织细胞中的突变,属于体细胞突变的一种。
(2)芽变选种:将优良的芽变选择出来,经过鉴定培育成新品种的方法。
(3)实生选种:利用选择手段从植物群体中选取符合育种目标的类型,经过比较、鉴定从而培育出新品种的方法叫做选择育种,简称选种。
6、合成杂交与添加杂交:(1)合成杂交:参加杂交的亲本先配成单交种,然后将两个单交种杂交。
(2)添加杂交:多个亲本逐个参与杂交的方式称添加杂交。
7、童性和童期(1)童性:童期和成年期在质上处于发育的不同阶段, 童期在形态、解剖和生理、生化等方面和成年期不同的特性叫做童性(2)童期:植物从种子萌发到植株具备开花潜能的这一段时期成为童期8、雄性系和雌株系:(1)雄性不育系:对于可遗传的雄性不育,经过选育可育成不育性稳定的系统,该系统即雄性不育系。
(2)雌性系:指具有雌性基因,只生雌花不生雄花且能稳定遗传的品系。
9、外照射与内照射:(1)外照射:是核辐照射的一种方式。
植物细胞质雄性不育性是由于细胞器和核基因组之间的不兼容性和防止自我授粉的结果,使混合育种农作物提高收益率。
自1970年代(野生流产WA)细胞质雄性不育性已经利用在大多数三系杂交水稻生产,但在这一特性的分子基础仍然未知。
我们在这里报告一个新的最近起源于野生水稻的线粒体基因WA352。
授予WA细胞质雄性不育性是因为WA蛋白质编码和核线粒体蛋白质交互编码产生COX11基因。
在WA352引起的细胞质雄性不育性系,WA352基因优先积累在花药绒毡层,从而抑制COX11基因在过氧化氢代谢的功能和引发绒毡层过早的细胞程序性死亡以及顺向花粉堕胎。
WA352基因可以由两个恢复系的生育基因抑制诱导导致不孕,表明不同机制的存在来抵消有害的细胞质因素。
因此,和细胞质雄性不育性相关的细胞质—核不兼容性是由于一个新进化的线粒体基因和基本核基因之间的有害交互作用守恒。
在混合农作物育种,跨越不同的自交系产生F的1杂交种通常有比亲本更高的收益率,一个现象是杂种或者杂种优势。
然而,生产足够数量的杂交种子因很多物种构成的逻辑的问题,诸如大米的自我授粉繁殖。
用水稻细胞质雄性不育性系作为雌株的母本来避免自花传粉对商业生产杂交水稻种子至关重要。
1970年代细胞质雄性不育线粒体基因WA352在野生稻中被发现,野生稻中的细胞质被用到与籼稻杂交来生产细胞质雄性不育系的WA352线粒体基因系。
三系杂交水稻的培育技术,其中99%使用细胞质雄性不育线粒体基因WA352系和其他的也携带了同样的细胞质雄性不育线粒体基因WA352的细胞质雄性不育系,三系杂交水稻培育技术具有较强的杂种优势,能增加粮食产量达到20%。
三系水稻杂交培育种已经被种植在中国水稻种植面积总量的55%到60%,同样被种植在其它大约30个国家里,正因如此对农业有了一个很伟大的影响。
很多细胞器功能障碍,比如线粒体病,是由于线粒体基因或相关的核基因基因突变所引起的。
相比之下,细胞质雄性不育通常和额外的线粒体基因相关,因此可以由两个恢复系的核基因来抑制,其中许多三角状五肽蛋白质编码重复。
为细胞质雄性不育系统提出了解释,包括线粒体能量不足,细胞质雄性不育蛋白细胞毒性和过早的绒毡层细胞程序性死亡。
然而,细胞质雄性不育基因如何包括雄性不育尚未阐明,以及是否细胞质雄性不育感应涉及细胞质雄性不育蛋白质相互作用和核编码的线粒体系统因素未知。
为了确定CMS-WA的关键因素,我们通过检测整个CMS-WA线粒体基因组转录的RNA印迹,和一个探测器包含核糖体蛋白基因rpl5透露在CMS-WA系Zhenshan 97(ZS97A)18的不同文本。
此外,这受Rf信使核糖核酸基因的影响。
序列分析的两个ZS97A线粒体基因组克隆表面杂化到rp15透露一个15,15742 - bp重新排列DNA区域包括五段匹配水稻线粒体和核序列和两段来历不明的(补充图1 a)基因组。
这个区域包含一个未知的rpl5 ORF下游包括三个水稻线粒体基因组片段和一段来历不明的(图1)基因组。
5′区(512 bp)的ORF是相同的是前相同的水稻线粒体ORF,orf284,而3′区(583 bp)的ORF是高度相似的另一个预测水稻线粒体ORF,orf288;这些特征表明,这是最近进化重组结构。
这种嵌合ORF编码一个假定的352 -残渣蛋白质与三个螺旋的跨膜片段(补充图 1 b),因此命名为WA352(野生流产的352)。
不像大多数CMS基因那样和已知功能的线粒体基因有相似之处,比如那些参与ATP 产生的2-4,WA352和这些已知基因没有相似之处。
植物线粒体(CMS)基因组转化目前是有限的,但CMS基因的功能可以通过测试核转换候补基因(s)与线粒体运输信号(MTS)12、19融合。
我们构造了MTS-WA352转换结构,MTS-GFP-WA352和WA352由CaMV35S促进(P35S)和转移它们到中华11(ZH11)和拟南芥粳稻品种的父本。
几乎所有的(27/28)与MTS-WA352 T0转基因植物和大多数(27/42)的MTS-GFP-WA352花药花粉有异常与流产,但没有其他的表现型,和不育MTS-WA352被隔离,同样的,大多数(39/45)转基因a与MTS-WA352是雄性不育(补充图2 a和补充表1)。
然而,所有27型大米和20 a .芥转基因植物与WA352(缺乏MTS)是雄性肥沃(无花果。
1 b,补充图2 b和补充表1)。
证明雄性不育需要线粒体WA352来定位,其他的转换与截断MTS-WA352构造和抑制WA352互动的基因o . COX11马唐(OsCOX11)也产生雄性不育(无花果。
1 c,d和补充图2 b)。
因此,WA-352是导致线粒体雄性不育的基因。
我们转录WA-352的下一个特征,RNA痕迹使用探针1(rpl5;图1 a)发现了一个比在ZS97B的探针5转录本更长的在ZS97A的探针1转录本。
但探针2检测到三个转录本,PT-PCR计量显示一个未知功能的orf288,是在营养组织中表达,而不是在有受精能力的花药片段。
使用PNA-RT-PCR检测转录本末端,我们确定了三个转录起始点和为了终止这些转录本的两个端点。
最长的信使PNA是顺反子包含rpl5和WA352基因。
其它两个双顺反子仅仅来自于在基因间区的不同起始点。
暗示这个新的基因成为活跃在转录更始和转录与生物学rpl5。
RNA是普遍的线粒体基因,但是没有生物发生在WA352信使PNA中。
CMS-WA在孢子体的基因方面,意味着WA352导致二倍体花粉细胞CMS。
CMS-WA能通过任意一个显性Rf基因,Rf3 或Rf4被修复(见图6),位于染色体1号和10号[21-22]。
我们利用三个近等基因系细胞质中的WA和细胞核中的ZS97A检测Rf基因如何影响WA352的表达,但那会携带不同的Rf基因型:ZSR1 (Rf3Rf3rf4rf4), ZSR5 (rf3rf3Rf4Rf4) and ZSR11 (Rf3Rf3Rf4Rf4)[21].在Rf4携带体系中,由于ZS97A的影响WA352和rpl5-WA352转录的数量减少到20%-25%,但是Rf3并不影响其数量(图2a,b;图7a,b)。
这些减少可能影响rpl5的功能;因此,CMS-WA可能成为一个理想模型系统去研究负多效性和育性恢复的成本[23]。
免疫印迹检测到的WA352在幼嫩花粉中的CMS-WA线,但在这些携带Rf3或Rf4的花粉中没有检测到。
因此,Rf4 和Rf3抑制WA352通过不同的机制,可能与Rf4和Rf3功能表达翻译有关。
显然的,在CMS-WA植物中,WA352 mRNAs 无处不在表达,但是WA352在花粉囊中只在累积的小孢子母细胞时期表达而不是在叶片中。
在这些转基因植物叶片中,WA352(不含MTS)稳定积累,但是线粒体靶蛋白MTS-WA352无法检测到。
此外,P35S::TS-GFP-WA352转基因株系中的抗GFP免疫组织化学表明融合蛋白表达主要在MMC期绒毡层上,并在减数分裂1期大量减少。
这些结果表明,除了Rf基因的抑制,同时存在着WA352的影响,同样地对于ORF239在雄性器官特异性积累在菜豆的CMS系中。
因此,绒毡层WA352的特异性决定了CMS的特异性。
为了进一步研究CMS-WA的分子机制,我们筛选水稻WA352互作蛋白通过WA352诱导两个酵母(Y2H)杂交,鉴别了11个候补蛋白(表2)。
我们选择一个细胞核编码的线粒体跨膜蛋白OsCOX11做更进一步的研究。
COX11蛋白保存在真核生物中,在细胞色素C氧化酶集合中发生作用。
OsCOX11是组成型表达的(表9)。
拟南芥AtCOX11(287个氨基酸残基),与OsCOX11有80%的相似性,亦与WA352相互作用(图3a)。
Y2H缺失试验分析了两个WA352区域(残基218-292和294-352),能与OsCOX11相互影响(图3a)。
与OsCOX11(图3a)WA352确定了两个区域(残基218-292和294-352)。
同样,OsCOX11的一个37个氨基酸残基序列(184-220)的高度保守区域与WA352结合(图3b,c)。
双分子荧光互补(BiFC)试验检测确认的OsCOX11在线粒体的定位和其在体内与WA352相互作用(图3d和补充图10)。
要确定是否是WA352造成的不育需要WA352与COX11的交互作用,我们转移三个WA352片段到水稻和拟南芥中;这些结构编码的截短体蛋白与(MTS-WA352218–300和MTS-WA352282–352) 或是没有(MTS-WA3521–227) COX11结合域其中之一(图3)。
多数的MTS-WA352218-300(8/9)和MTS-WA352282-352(9/15)的转基因水稻植株雄性不育,但是含有MTS-WA3521-227基因的是可育的(图1c和补充表1)。
MTS-WA352218-300转基因的拟南芥也雄性不育(补充图2b和补充表1)。
此外,RNA干扰(RNAi)由绒毡层特异性启动子驱动的OsCOX11也产生雄性不育(图1d和补充表1)。
这些结果表明,WA352诱导雄性不育需要COX11相互作用域,COX11功能对于雄性可育是必要的。
在酵母,酿酒酵母COX11(ScCOX11)有一个角色是在过氧化氢降解,活性氧(ROS)影响线粒体通透性转换和促进Cyt c释放到胞质,动物或植物PCD触发凋亡,绒毡层退化通过PCD在适当的发育阶段(s)花粉发育来说是至关重要的,ROS 可能促进绒毡PCD。
调查WA352-COX11如何作用导致雄性不育,我们检查了ROS 在花药使用细胞化学的测定过氧化氢的反应与氯化铈。
我们发现大量的过氧化氢在线粒体外膜在ZS97A绒毡层在MMC阶段而不是ZS97B或在后期ZS97A的绒毡层。
蛋白质印迹法表明Cyt c版本发生只在ZS97A花药在MMC阶段,符合WA352积累和ROS破裂。
此外,TUNEL原位测定表明,在ZSR11 和ZS97B,绒毡层PCD由双阶段的大部分,然而,在MTS-WA352 ZS97A和转基因水稻,PCD发生比较早,在前期阶段。
在酵母中,敲打出ScCOX11还导致大量的活性氧,Cyt c的释放,PCD和细胞死亡,这些结果表明,COX11蛋白质代谢和功能在过氧化也可以作为负监管机构的PCD。