第二章 水稻雄性不育理论.ppt

第二章 水稻雄性不育理论 第一节 雄性不育的外部形态和细胞学 颖花的形态和构成 雄性不育系的形态特征 无花粉型的特征 造孢细胞发育异常； 花粉母细胞发育异常； 四分体以后发育异常。 单核败育型 主要发生在单核晚期，表现为原生质收缩退化，核模溶解，核内物质和细胞质相混淆而难以区别，并逐步解体消失，细胞成为内容物质的空壳花粉。单核期败育花粉极不规则，在显微镜下呈三角形、棱形等典型的败育形状。因此，单核期败育又称为碘败型。 双核败育型 进入双核期以后，生殖核和营养核先后解体而败育。这种类型以红莲型不育系为代表。由于双核期败育的花粉呈圆形，所以又称圆败型。 三核败育型 败育发生在双核末和三核初，因此时花粉中已有少量淀粉形成，故I、KI溶液染色反应呈蓝色，但比正常花粉粒染色浅一些，故三核期败育又称染败型。 第二节 雄性不育的分类 孢子体不育与配子体不育遗传模式 第三节 雄性不育的遗传理论 三型学说 核不育型 质不育型 核质互作型 雄性不育的三种类型——核不育 雄性不育的三种类型——质不育 雄性不育的三种类型——质核互作不育 其它学说 二型学说 多种核质基因对应性学说 通路学说 亲缘学说 Ca2+-CaM系统调控假说 生理调控假说 第四节 水稻雄性不育的分子机理 不育系和保持系cpDNA差异片段的序列分析 幼穗、成熟穗和花药总RNA的RT-PCR分析 tRNA-leu(UAA)基因在不育系和保持系的叶片和幼穗质体中的表达 tRNA-leu(UAA)基因在成熟穗质体和细胞核内的表达 体外表达载体的构建 表达载体构建过程中的PCR和酶切验证——以PCA-leu-1为例 5′URF序列不同对tRNA-leu(UAA)基因表达的影响 线粒体基因组(mtDNA)与CMS之间的关系 ----BT-CMS atp6 RNA: 2.7kb 转录 Protein: ORF79 花粉败育 Chr10 Kadowaki et al.,1990; Akagi et al., 1994; Komori et al., 2004; Wang et al., 2006 RNA: 2.8kb Rf-1 S12564 Tsp5091 C1361 Mwol 育性恢复 水稻配子体不育和孢子体不育的CMS/Rf对比 孢子体不育和配子体不育的CMS败育机理可能不同 不清楚 不清楚 Chr1、Chr4、Chr10长臂、Chr10 短臂和Chr12 至少两对 单核期 孢子体败育 较为清楚 变异atp6基因 Chr10 一对 双核或三核期 配子体不育 CMS/Rf mtDNA上的不育基因 恢复基因在染色体上的位置 恢复基因数 花粉败育时期 败育类型 叶绿体基因组(cpDNA)与CMS之间的关系 叶绿体 ? 水稻CMS Notsu et al., 2002 叶绿体、线粒体和细胞核三个系统 之间的DNA交换 ●叶绿体DNA可以流向细胞核和线粒体基因组 ★细胞核和线粒体DNA不能流向叶绿体 叶绿体和细胞核之间的调控模式(Surpin et al., 2002) 叶绿体基因的表达受核基因组的调控 Ruiz和Daniell(2005)把pHaA基因导入烟草叶绿体，首次获得了雄性不育系，为研究叶绿体与CMS的可能相关性奠定了理论基础 叶绿体基因组也可以充当CMS因子的载体 细胞学及生理生化研究 ◆不育系和保持系的叶绿体超微结构存在差异 ◆不育系和保持系的叶绿体可溶性蛋白存在差异 ◆不育系和保持系的叶绿体过氧化物酶存在差异 ◆其它作物的CMS现象也可能与cpDNA相关，如高粱 B1 A1 珍汕97A和B cpDNA的AFLP E-AAC/M-CTC 细胞质雄性不育系与其同核异质保持系间叶绿体DNA的差异性 A1. AACTAACAGATGGAGGAAATTGCACAAGGAATCCTGGTCTCAA B1. AACTAACAGATGGAGGAAATTGCACAAGGAATCCTGGTCTCAA ?? tRNA-Leu（UAA）→ A1. AGAAAAAGAAAAT GGGGATATGGCGAAATCGGTAGACG B1. AGAAAA T GGGGATATGGCGAAATCGGTAGACG ? A1. CTACGGACTTGATTGTATTGAGCCTTGGTATGGAAACCTGCT B1. CTACGGACTTGATTGTATTGAGCCTTGGTATGGAAACCTGCT 珍汕97A1和B1的DNA序列测定 籼型 早籼 珍汕97B、冈46B、Ⅱ-32B、K17B 野败型 籼型 印水型（籼型） 粳型 海南岛野生稻 西非冈比亚卡籼稻 印尼水田谷 粳稻83-K52 珍汕97A