目的:评价高浓度氢气对脓毒症小鼠心肌损伤及哺乳动物不育系20-样激酶1(Mst1)表达的影响。方法:清洁级健康雄性C57BL/6J小鼠105只，6~8周龄，体质量20~25 g，采用随机数字表法分为3组( n＝35)：假手术组(Sham组)、脓毒症组(SEP组)和脓毒症+高浓度氢气组(SEP+HCH组)。采用盲肠结扎穿孔法制备脓毒症小鼠心肌损伤模型。SEP+HCH组术后1和6 h时分别吸入高浓度(66.7%)氢气1 h。每组随机取20只小鼠，观察术后7 d生存情况。于术后24 h时深麻醉后取内眦血样，采用ELISA法测定TNF-α和IL-6浓度，随后处死取心脏组织，光镜下观察病理学结果，TUNEL法观察心肌细胞凋亡情况，Western blot法检测Mst1、动力相关蛋白1(Drp1)和线粒体融合蛋白2(Mfn2)的表达。 结果:与Sham组比较，SEP组术后7 d生存率降低，心肌病理学损伤评分、心肌细胞凋亡指数、TNF-α和IL-6浓度升高，Mst1和Drp1表达上调，Mfn2表达下调( P<0.05)；与SEP组比较，SEP+HCH组术后7 d生存率升高，心肌病理学损伤评分、心肌细胞凋亡指数、TNF-α和IL-6浓度降低，Mst1和Drp1表达下调，Mfn2表达上调( P<0.05)。 结论:吸入高浓度氢气可减轻脓毒症小鼠心肌损伤，其机制可能与下调Mst1表达，改善线粒体动力学，抑制心肌细胞凋亡有关。

目的 精子发生过程复杂,需要睾丸内细胞之间复杂的相互作用,但是支持细胞参与精子发生的机制仍有待探讨.方法 从高通量基因表达数据库(GEO:GSE113293),收集了正常精子发生的野生型C57BL/6J雄性小鼠和4 种不同突变小鼠(敲除Mlh3、Hormad1、Cul4a;Cnp转基因)的单细胞RNA测序数据,进而对支持细胞差异基因进行基因功能富集分析(GO)、京都基因和基因组百科全书(KEGG)富集通路分析、蛋白-蛋白相互作用(PPI)网络分析、转录因子调控分析(SCENIC)及基因集变异分析(GSVA).结果 本研究鉴定出 9 种生精细胞亚群(未分化精原细胞、分化精原细胞、细线期/偶线期、粗线期、双线期、圆形精子细胞、长形精子细胞及精子)、2 种体细胞群(间质细胞和支持细胞)和1 种未知类型的细胞群.与正常精子发生模型相比,小鼠精子发生缺陷模型的支持细胞有276 个基因表达上调,234 个基因表达下调.GO功能富集分析显示,支持细胞的差异基因在精子发生及能量代谢等过程中显著富集.KEGG富集分析显示,支持细胞在核糖体、糖酵解、氧化磷酸化等途径显著富集.PPI网络分析鉴定出20 个hub基因,均属于核糖体基因.GSVA分析显示支持细胞中上调的基因与Notch信号通路密切相关.结论 支持细胞相关的的hub基因及Notch信号通路参与精子发生的过程,本研究为精子发生障碍导致不育症提供新的视角.

[目的]探究无患子(Sapindus mukorossi Gaertn.)雄性不育品种'琦蕊'雄花不同发育时期的细胞学特征及差异表达基因,为深入解析无患子雄性不育发生的分子机制提供理论依据.[方法]在观察雄花花药不同发育过程的细胞学特点基础上,进一步利用RNA-Seq技术分别对小孢子母细胞时期(T1)、四分体时期(T2)、单核小孢子时期(T3)的雄花进行转录组比较分析,筛选关键差异表达基因.[结果]'琦蕊'绒毡层和内层细胞的持续膨大与增殖使得药室结构混乱,药室空间不足,最终导致无可育花粉产生.内源激素测定发现,茉莉酸水平在'琦蕊'雄花发育过程中呈下降趋势.3 个时期的转录组分析共筛选到 2 990 个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中T2_vs_T1 中 722 个(516 个上调,206 个下调),T3_vs_T2 中 1 741 个(765个上调,976 个下调).GO和KEGG分析表明,这些DEGs主要富集在代谢过程、细胞分裂、花粉壁合成、激素信号转导等方面,共鉴定到 32 个花粉发育相关DEGs、27 个激素合成及信号转导DEGs.随机选取 9 个DEGs进行RT-qPCR分析,结果与RNA-Seq数据趋势一致,证明转录组数据的准确性.[结论]绒毡层细胞持续增殖和内层细胞延迟退化不断挤压小孢子是导致无患子'琦蕊'雄性不育发生的主要原因,物质代谢、细胞分裂、激素水平、花粉发育等相关基因在雄性不育发生过程中发挥重要作用.

目的 探究内质网蛋白VAPA(Vesicle-associated membrane protein-associated protein A)对小鼠精子形成的影响.方法 通过loxP-cre策略构建生精细胞特异的Vapa条件性基因敲除(Vapa CKO)小鼠模型;野生型和 Vapa CKO成年雄性小鼠睾丸进行称重并统计分析;HE染色观察野生型和Vapa CKO成年雄性小鼠生精上皮形态;免疫荧光染色和透射电镜观察检测野生型和Vapa CKO成年雄性小鼠顶体的生成状况.结果 生精细胞VAPA蛋白缺失时,小鼠睾丸重量明显减轻(P<0.000 1);精子发生阻滞于圆形精子细胞,尤其是圆形精子细胞无法生成顶体.结论 内质网蛋白VAPA参与小鼠的精子形成,并在顶体生成中发挥重要的作用.

[目的]"三系"法是选育杂交大豆的主要途径,但恢复系中仅有少数大豆恢复基因被克隆,为挖掘更多新恢复基因,从而促进多基因聚合的强恢复系选育,提高杂种F1 的育性稳定性.[方法]以大豆细胞质雄性不育系JLCMS5A和其恢复系JLR2 为材料,采用转录组测序技术分析JLCMS5A和JLR2 花蕾不同时期的转录水平变化,挖掘调控育性恢复和花蕾发育进程的相关基因和通路.进一步对具有恢复基因特征编码PPR(pentatricopeptide repeat)蛋白的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)进行基因注释、序列差异分析、RT-qPCR验证、系统进化分析及蛋白结构预测,挖掘育性恢复相关基因.[结果]转录组测序鉴定到 17 181 个DEGs,其中有 3 856 个DEGs与发育时期相关,2 808 个DEGs与育性相关.GO(gene ontology)功能注释表明,与育性相关的DEGs主要富集在ADP结合、核酸结合转录因子活性和蛋白激酶活性等功能类别,与发育时期相关的DEGs主要富集在蛋白质异源二聚化活性、DNA复制和DNA结合等功能类别.KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)富集分析表明,育性相关DEGs主要参与内质网蛋白质加工、葡萄糖苷酸生物合成和植物激素信号转导等与蛋白质、糖类和信号转导密切相关的代谢通路,发育时期相关DEGs主要参与DNA复制、错配修复、淀粉和蔗糖代谢等与细胞分裂和能量物质降解密切相关的代谢通路.育性恢复候选基因分析发现,JLR2 中的Glyma.09G176400可能在调控大豆细胞质雄性不育育性恢复过程中起到一定作用.[结论]共鉴定到 3 856 个与发育时期相关的DEGs,2 808 个与育性相关的DEGs;鉴定出具有恢复基因特征编码PPR蛋白的DEGs 15 个;挖掘了 1 个育性恢复相关基因Glyma.09G176400.

杂种优势利用是显著提高作物产量的主要途径,有助于解决日益增长的人口数量与有限耕地之间的矛盾.大豆作为世界上重要的粮油饲兼用作物,其开展杂种优势利用已有30余年.其中,基于细胞质雄性不育的三系法杂交育种系统是大豆杂种优势利用的主要途径.目前,已有40余个杂交大豆品种通过审定并在生产上推广应用,杂交大豆正处于由中试向产业化推进阶段.本文对大豆细胞质雄性不育遗传基础与育种应用进行了综述,系统阐述了各类型细胞质雄性不育系的发现及利用、不育性状的遗传和分子机制、育性恢复基因和恢复抑制基因的定位和克隆等方面的研究进展.基于大豆杂种优势利用研究现状论述和分析,提出了三系法杂交大豆育种中存在的问题、挑战及解决路径,并对三系法杂交大豆育种技术的创新进行了展望,旨在为大豆杂种优势分子基础和应用研究提供新方法、新思路.

[目的]探索大豆细胞质雄性不育弱恢复型杂种F1 育性转变在RNA水平上的分子机制,以期从育性转变的角度为大豆细胞质雄性不育的分子机理提供有价值的信息.[方法]以弱恢复型杂种F1(H3A×SXTH3)为研究对象,设置苗期短光照(植株育性不育)和正常光照(植株育性可育)处理,在盛花期分别采集不同大小的混合花芽进行转录组测序和RT-qPCR分析.[结果]筛选出 3 917 个差异表达基因,苗期短光照处理后,2 134 个基因下调表达,1 783 个基因上调表达.对差异表达基因进行生物信息学分析,GO显著富集分析表明,碳水化合物代谢过程、跨膜转运活性和细胞外围等功能在育性转变中行使着主要生物学功能;KEGG通路显著富集分析表明,戊糖葡萄糖醛酸的相互转化、淀粉蔗糖代谢和植物昼夜节律等通路为育性转变的主要代谢通路.11 个基因的RT-qPCR分析发现,大豆细胞质雄性不育相关基因和PPR基因参与了大豆细胞质雄性不育弱恢复型杂种F1 育性转变过程.[结论]推测大豆细胞质雄性不育弱恢复型杂种F1 育性转变与植物昼夜节律、PPR和大豆细胞质雄性不育相关的线粒体、花粉壁发育、碳水化合物代谢、糖转运和活性氧代谢等基因的异常表达相关,当昼夜节律通路的关键基因变化,引起PPR基因和大豆细胞质雄性不育相关基因的表达水平变化,将会发生育性转变.

[目的]植物线粒体基因变异是产生细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)的主要原因,利用生物技术是创造CMS不育系的重要手段.通过比较启动子、线粒体转运信号肽(mitochondrial targeting signal peptides,MTS)的不同组合对下游eGFP的表达强弱,来探究最佳马铃薯线粒体靶向表达载体.[方法]选择 3 个启动子AtUBI10、StUBI10、2×35S和两个线粒体转运信号肽ATPγ与Rf1b进行试验,利用烟草叶片瞬时表达系统和PEG介导马铃薯原生质体转化体系进行靶向载体的表达验证.[结果]六个线粒体靶向表达载体中AtUBI10::ATPγ-eGFP在烟草瞬时表达效果最佳,可准确定位到线粒体,其次为StUBI10::ATPγ-eGFP和 2×35S::ATPγ-eGFP;在马铃薯原生质体中载体AtUBI10::ATPγ-eGFP有最佳的表达效果,与烟草中表达结果一致,其次是StUBI10::Rf1b-eGFP和AtUBI10::Rf1b-eGFP,而 2×35S启动子的两个载体在原生质体均表达较弱.[结论]启动子AtUBI10 与线粒体转运信号肽ATPγ所构建的靶向线粒体载体为最佳组合,可用于马铃薯线粒体基因的相关研究中.

氧化应激(OS)是指机体遭受各种有害刺激时产生过多的活性氧自由基而无法及时清除,导致氧化系统和抗氧化系统平衡失调,引起组织或细胞功能紊乱和损伤的一种状态.OS与男性不育症(MI)关系密切,OS通过影响精子发生,损伤精子膜、脱氧核糖核酸(DNA)、线粒体,降低精子运动能力,加速细胞凋等途径使精子质量下降,导致MI.研究发现,单味中药的有效成分多糖类化合物(黄芪多糖、党参多糖、枸杞多糖、黄精多糖、山茱萸多糖、当归多糖、女贞子多糖、石斛多糖),黄酮类化合物(菟丝子总黄酮、槲皮素、紫云英苷、羊藿苷、金丝桃苷),皂苷类化合物(人参皂苷、蒺藜皂苷、薯蓣皂苷元),苯丙素类化合物(五味子甲素、姜黄素、白藜芦醇),环烯醚萜苷类化合物(桃叶珊瑚苷),氮苷类化合物(红景天苷),低聚糖类化合物(巴戟甲素),苯乙醇苷类化合物(肉苁蓉苯乙醇苷)多肽类化合物(牡蛎肽)具有抗氧化作用,可提升雄性动物MI模型的生殖功能.

峨眉拟单性木兰(Parakmeria omeiensis)是木兰科(Magnoliaceae)拟单性木兰属(Parakmeria)的常绿乔木,属于国家Ⅰ级保护的极度濒危植物.为探究峨眉拟单性木兰两性花中雄性败育发生的时期及花药不同发育时期的生理生化特性,以两性花中的不育雄蕊和雄花中的可育雄蕊为材料,利用石蜡切片观察2种雄蕊的花药发育过程,并测定不同发育时期的可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的含量,分析过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性.结果表明:(1)不育雄蕊与可育雄蕊在减速分裂时期出现明显差异,不育雄蕊的绒毡层致密、没有发育,四分体未形成,随后解体,花粉囊中无花粉;可育雄蕊的绒毡层和小孢子母细胞发育正常,成熟时花粉囊开裂,花粉粒溢出.(2)不育雄蕊的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量,在减数分裂时期、单核期和花粉成熟期都显著低于可育雄蕊.(3)不育雄蕊POD活性整体呈上升趋势,在减数分裂时期、单核期和花粉成熟期都显著高于可育雄蕊;不育雄蕊CAT活性整体呈下降趋势,显著低于同时期的可育雄蕊.综上认为,两性花中雄性败育发生在减速分裂时期,其败育的主要原因是物质能量代谢降低,绒毡层没有进一步发育,不能给小孢子母细胞提供营养物质;过氧化氢酶及过氧化物酶的活性异常,造成细胞内不能及时清除自由基,使小孢子母细胞的减数分裂受阻,无法形成四分体.该研究结果为深入开展峨眉拟单性木兰雄性不育的分子机制、性系统演化机制研究奠定了基础.