玉米S型细胞质雄性不育的育性恢复机理研究

论文摘要

在开花植物中，细胞质雄性不育（CMS）是一种普遍现象。这种由线粒体基因突变所导致的不育性状通常能够被细胞核内的恢复基因所抑制，从而使植株育性恢复正常。本研究对玉米（Zea mays L）S型细胞质雄性不育（CMS-S）中胞质不育候选基因的转录产物在核恢复基因的作用下被降解并引起育性恢复的生物学机理进行了探讨。 玉米主要有T、C、S三种CMS类型，其中S型CMS属于配子体雄性不育，其花粉的败育被认为与线粒体基因组内R区的表达相关。R区内含有两个紧密相邻的开放阅读框orf355和orf77，在S型CMS线粒体基因组内含有三个不同的拷贝。其中两个含有完整R区的BamHI片断已被克隆测序，结果表明在这两个片断中cox1和cox2分别位于R区上游，但与之位于不同的极性单链上。本研究发现： （1） cox1和cox2的转录没有受到R区转录的影响； （2） 两个拷贝的R区在在不育花粉中高丰度表达，其转录本大小分别为1.6kb和2.8kb；而在育性恢复的花粉中，这两个转录本的丰度被大大降低，进一步分析表明这一结果是通过mRNA分子的降解途径来实现的，此降解过程发生在单核花粉期； （3） 在不育花粉中，1.6kb转录本的5′末端具有一段可形成茎环结构的迴文对称序列，而在可育花粉中，其5′末端短缺了9个碱基； （4） 在不育花粉和育性恢复的花粉中，R区转录本的加尾位点都集中位于一个3′茎环结构之后； （5） 不管是在不育花粉还是育性恢复的花粉中，orf77区域内均在第52位和100位核苷酸处发生了不同频率的C向U的编辑，从而形成UGA终止密码； （6） 不管是orf55-orf77的成熟转录本还是转录前体分子，都已被加上了Poly（A）尾巴，表明已进入降解途径； 在以上实验结果的基础上，本研究对S型CMS花粉育性的恢复机理进行了如下推测：在不育花粉和育性恢复的花粉中，orf77区域内均发生了终止编辑，即由RNA编辑产生了提前终止密码子。这种提前终止密码子被细胞内一种被称为NMD

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• Abbreviation
• 1 前言
• 1.1 雄性不育现象及其在育种中的应用
• 1.2 不同植物中CMS机理的研究进展
• 1.2.1 与CMS相关的胞质基因
• 1.2.2 PPR基因的结构与功能
• 1.2.3 PPR基因与CMS育性的恢复
• 1.3 玉米CMS的分类
• 1.4 玉米CMS胞质亚组的提出
• 1.5 玉米T型不育及其恢复基因
• 1.6 CMS-C机理的研究进展
• 1.7 CMS-S机理的研究进展
• 1.7.1 R区与CMS-S的关系
• 1.7.2 R区上游基因的表达
• 1.8 研究目的
• 2 材料与方法
• 2.1 植物材料
• 2.2 实验方法
• 3.实验结果与分析
• 3.1 实验材料的鉴定
• 3.2 不同类型胞质线粒体中cox2侧翼序列的分析
• 3.3 花粉中cox1和cox2的转录分析
• 3.4 cox1与orf355-orf77的转录关系
• 3.5 orf355-orf77在不同组织及花粉不同发育时期的表达
• 3.6 orf355-orf77转录本的5′和3′RACE分析
• 3.7 引物延伸法分析1.6kb转录本的5′末端
• 3.8 orf355-orf77转录本的RNA编辑和加尾
• 3.9 本研究的主要实验结果
• 4.讨论
• 4.1 orf355-orf77表达的组织特异性
• 4.2 orf355-orf77转录本的编辑和加尾
• 4.3 Rf3花粉中1.6kb转录本的降解
• 4.4 Rf3花粉中2.8kb转录本的降解
• 4.5 CMS-S育性恢复的分子机理探讨
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 在读期间发表的论文