[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]异戊烯基转移酶(isopentenyl transferases,IPT)参与反式玉米素(trans-zeatin,tZ)的生物合成.tZ是调节植物生长发育和抵抗逆境胁迫的一种细胞分裂素类型,在促进芽生长和调控植物侧枝发育方面具有重要作用.探索IPT的功能,为后续新麦草产量性状改良提供了理论依据.[方法]通过对新麦草IPT进行系统发育和多序列比对,探究其编码氨基酸序列的特征和同源性.通过花粉管通道法获得过表达PjIPT拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,并运用逆转录PCR(RT-PCR)和蛋白质印迹(Western blot,WB)对转基因植株进行验证,利用实时荧光定量逆转录PCR(RT-qPCR)对其组织表达模式进行分析,使用液质联用系统测定反式玉米素.[结果]IPT在新麦草(Psathyrostachys juncea)和二粒小麦(Triticum dicoccoides)等麦类作物中具有高度同源性,且AtIPT9 是PjIPT的同源蛋白.通过花粉管通道法获得过表达PjIPT拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,证明PjIPT上调植株分枝数.RT-PCR和蛋白质印迹分析显示,PjIPT在转录水平和蛋白水平均能够正常表达.利用不同部位组织RT-qPCR分析PjIPT的空间特异性表达,结果显示,PjIPT在拟南芥的分蘖节和叶中特异性表达.此外,反式玉米素的定量分析表明PjIPT通过参与tZ的生物合成去调控拟南芥植株分枝数.[结论]PjIPT是上调植株分枝数的关键基因.

稳定遗传的雌性不育系是薏苡实现杂种优势利用的关键,雌性不育基因的利用也是实现轻简化杂交种制种的重要途径.本研究团队在资源鉴定过程中首次发现了在自然条件下产生的薏苡雌性不育遗传材料FS2106.以FS2106为试验材料,对其表型、花粉活力和染色体数目进行鉴定,以其为父本与2个可育薏苡材料配制杂交组合,观测雌性不育性、柱头颜色、叶鞘颜色和总苞质地4个性状在F1、F2群体中的性状分离情况,并通过x2检验揭示其遗传方式和遗传规律.结果表明,FS2106植株的株高、茎粗、分蘖数、叶长和叶宽的平均值分别为86.9 cm、4.9 mm、33.4个/株、34.3 cm和2.2 cm;开花期雌穗不发育、雄穗发育正常,产生正常活力花粉,雌性不育性状稳定;染色体数目为2n=20,倍性正常.x2检验显示,FS2106植株的雌性不育性属于单基因控制的隐性核遗传,其紫色叶鞘、紫色柱头颜色、总苞质地性状均为单基因显性遗传,而且总苞质地性状位点表现为杂合子.FS2106的发现及其雌性不育基因的挖掘为薏苡杂种优势利用和杂交制种提供了基础材料,叶鞘颜色、柱头颜色和总苞质地性状也可做为育种应用的重要标记性状.

裸子植物在植物学教材中所占篇幅不大,但各教材却有不少问题困扰着师生们.本文指出了各教材在许多知识方面的矛盾之处,并提出了改进意见.首先,裸子植物具有真中柱,而不是网状中柱.其次,根据一些裸子植物发育的异形叶性,本文推测出几类植物叶的起源.然后,文章仔细分析了苏铁属植物的生殖结构及其发育,澄清了 一系列混乱;探讨了松属生活史的一些细节,纠正了 一些不准确的说法;此外,还讨论了胚珠叶生还是茎生这个重要问题.最后,文章建议,将麻黄属和买麻藤属出现的一个花粉管里的两个精子参与受精的现象称为双融合而不是双受精.

隐性雌雄异株指植株表型为非雌雄异株,但形态上两性花通常雄性不育或雌性不育,植株个体实际仅行使雌性或雄性功能.两性花植株向雌雄异株的转变在被子植物中广泛存在,隐性雌雄异株作为潜在的中间阶段对于理解植物性系统的演化具有重要意义.据APG Ⅳ分类系统,这些物种在被子植物的22目36科65属约221种植物中有过报道,分别约占被子植物总目数的34.4％、总科数的8.7％、总属数的0.5％和总种数的0.1％;多为分布于热带或亚热带地区依靠生物传粉的木本植物,且至少存在花蜜或花粉作为访花报酬.该性系统形态学的性表达类型多样:可分为雄花两性花异株(类型Ⅰ)、两性花植株(类型Ⅱ)、雌花两性花异株(类型Ⅲ)及其他类型(类型Ⅳ)4种,分别约占已报道隐性雌雄异株物种数的48.9％、47.5％、2.7％和0.9％.从系统发育看,该性系统在被子植物木兰分支、单子叶植物分支及真双子叶植物分支均有分布,且主要分布于较为进化的核心真双子叶植物类群中.隐性雌雄异株物种不育性器官的进化意义存在多种假说,包括祖先假说、遗传约束假说、促进风媒花粉落置假说、传粉者吸引假说、拟态与欺骗假说等,但相关实证研究较少.本文对隐性雌雄异株物种不同类群的性表达形式、不育性器官败育类型进行了归纳,并对具该性系统的类群在被子植物中的分布与系统演化进行了分析与总结,同时对有关隐性雌雄异株物种不育性器官进化意义的5个假说进行了介绍与评价,最后对今后的相关研究方向进行了展望.以期为深入研究被子植物隐性雌雄异株性系统的进化式样与机制研究提供理论资料.

利用雄性不育系制种是利用杂种优势的最有效的途径,尤其对小麦(Triticum aestivum L.)、水稻(Oryza sativa L.)等自花授粉作物的杂种优势利用具有十分重要的意义.ABCG(ATP-binding cassette G transporter)转运蛋白属于ABC(ATP-binding cassette transporter)转运蛋白中的一个大亚族,参与植物各种生物过程,包括调控雄性育性.本文概述了ABC转运蛋白的特点与分类,并系统阐述了ABCG转运蛋白参与调控植物花粉壁和花药角质层发育的研究现状,同时也对ABCG转运蛋白目前研究所存在的问题提出了建议,并对后续的研究进行了展望.

大豆雄性不育系对发挥大豆杂种优势具有重要价值,然而传统的三系杂交存在恢复系来源受限等问题,而环境敏感型细胞核雄性不育系在不同条件下育性可以改变.本文对ms3(Washington)、ms3(Flanagan)和ms3(Plainview)3个独立突变体的表型和突变位点展开了进一步研究,分别进行了不育表型鉴定、高通量测序、分子标记设计及突变位点验证、分析突变对MS3蛋白结构的影响、ms3(Plainview)花药半薄切片等实验.实验结果表明突变体花粉大量败育,只有零星被I2-KI染液染成黑色的不规则花粉粒.高通量测序结果显示,m3(Washington)和ms3(Flanagan)在MS3第3个外显子的PHD编码区域出现了大片段插入,导致MS3蛋白PHD结构域被破坏,这个等位基因命名为ms3-1;ms3(Plainview)在MS3第1个外显子缺失了一个A,导致移码突变,开放读码框仅编码40个氨基酸,蛋白功能完全丧失,这个等位基因命名为ms3-2.半薄切片结果显示,在花药发育中后期ms3(Plainview)的绒毡层和花粉发育出现异常.综上,本研究的结果为ms3的应用和MS3基因改造提供了材料和依据.

[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.

谱系分选为理解物种形成机制提供了一个途径,常被划分为复系、并系及单系3个阶段,对应着不同的基因树与物种树关系.本文首先系统地探讨了不同进化属性(中性和选择性)的基因组位点在祖先群体中如何传递到子代群体中的相关理论,分析了可能的基因树与物种树关系.其次探讨了基于中性序列谱系分选分析方法,包括在不完全谱系分选下物种树构建和系统发育网络分析.进一步探讨了选择对谱系分选的影响,基于基因树和物种树途径检测选择的方法,包括定向选择和平衡选择检测.最后,探讨了植物交配系统对谱系分选的影响,不完全谱系分选检测存在的问题以及在花粉流和种子流及不完全谱系分选的综合条件下系统发育网络分析方法,澄清这些问题有助于深度理解植物种的谱系分选过程.

水芹为中国重要的水生蔬菜作物之一,其花两性、花小、花发育不一、种子难发芽以及缺乏雄性不育材料的特点限制了水芹杂交育种和种质的创新.本研究从贵州省毕节市七星关区燕子口镇野生环境中获得水芹雄性不育材料(OtBY001),通过形态、花药和花粉发育的观察、遗传分析等,对OtBY001的不育特征进行研究.结果表明获得的水芹雄性不育材料为多裂叶水芹种(Oenanthe thomsonii C.B.Clarke),其不育原因为花发育过程中花丝萎缩,花药不能形成有活力的花粉,但能够接受外来花粉形成种子.遗传分析表明,该雄性不育材料可能由隐性核单基因控制.暗处理后,OtBY001黄化特征明显,口感优良.