中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (16): 3077-3087.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.003
望锦1,2(), 刘艳芳1, 刘文文3, 王雅琦1,2, 宋时洋1,2, 张幸子1,2, 李凤霞1(
)
收稿日期:
2023-02-16
接受日期:
2023-05-26
出版日期:
2023-08-16
发布日期:
2023-08-18
通信作者:
联系方式:
望锦,E-mail:13137020357@163.com。
基金资助:
WANG Jin1,2(), LIU YanFang1, LIU WenWen3, WANG YaQi1,2, SONG ShiYang1,2, ZHANG XingZi1,2, LI FengXia1(
)
Received:
2023-02-16
Accepted:
2023-05-26
Published:
2023-08-16
Online:
2023-08-18
摘要:
【目的】细胞质雄性不育由细胞质基因组(主要是线粒体基因组)控制,在杂交种的育种和生产中起重要作用。长期以来,我国烟草种植以不育系和杂交种为主,其面积占烟草总种植面积的80%以上,不育类型均为sua-CMS,但该不育类型的控制基因、不育机制尚不清楚。COXⅡ是细胞色素氧化酶(COX)的第二亚基,由线粒体基因组编码。在sua-CMS烟草不育系中,COXⅡ末端发生多个碱基变异,导致C端编码蛋白Thr257被Ser取代。研究sua-CMS烟草COXⅡ功能,为阐明sua-CMS烟草不育分子机制奠定基础。【方法】以4组sua-CMS不育系和可育对照为材料,RNA印迹杂交和qRT-PCR方法分析COXⅡ在sua-CMS不育系和可育对照之间的转录本、基因表达差异,Western杂交、COX酶活性试验分析COX蛋白表达和COX酶活性,并测定ATP含量;将可育烟草的COXⅡ在sua-CMS不育系中过表达,研究COXⅡ过表达对COXⅡ表达量、COX酶活性、ATP含量以及烟草雄蕊发育的影响。【结果】通过对COXⅡ多序列比对,发现C端Thr257在物种间高度保守,表达分析显示不育系中COXⅡ转录本显著低于可育对照,COXⅡ在不育系烟草中的表达量只有对照的0.3%—0.4%,COX蛋白表达量和COX酶活性均显著低于可育对照,ATP含量为可育对照的52%。将可育烟草COXⅡ在不育系烟草中过表达,转基因植株COXⅡ在花芽中的表达量最高提高171倍,COX酶活性提高70%,ATP含量提高90%,但转基因植株在花药中的COXⅡ表达量、COX酶活性和ATP含量等各项指标均低于可育对照。转基因植株的花药形态发生了明显的改变,并出现了花药壁的分化,但花药内无胞母细胞分化,最终也无花粉粒产生。【结论】sua-CMS烟草不育系COXⅡ变异影响COX功能,是其花药能量缺陷的重要原因,也是影响花药发育的一个重要因素。
望锦, 刘艳芳, 刘文文, 王雅琦, 宋时洋, 张幸子, 李凤霞. sua-CMS烟草不育系COXⅡ的功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(16): 3077-3087.
WANG Jin, LIU YanFang, LIU WenWen, WANG YaQi, SONG ShiYang, ZHANG XingZi, LI FengXia. COXⅡ Functional Analysis in Tobacco sua-CMS Line[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(16): 3077-3087.
表1
sua-CMS烟草不育系和可育对照"
材料分组 Material set | 材料名称 Material name | 类型 Type | 育性 Fertility |
---|---|---|---|
Ⅰ | MS中烟100 MS ZY100 | sua-CMS不育系sua-CMS line | 不育Sterile |
中烟100 ZY100 | 保持系Maintainer line | 可育Fertile | |
Ⅱ | MS云烟87 MS YY87 | sua-CMS不育系sua-CMS line | 不育Sterile |
云烟87 YY87 | 保持系Maintainer line | 可育Fertile | |
Ⅲ | MS中烟300 MS ZY300 | sua-CMS不育系sua-CMS line | 不育Sterile |
中烟300 ZY300 | 保持系Maintainer line | 可育Fertile | |
Ⅳ | 中烟202 ZY202 | sua-CMS杂交种sua-CMS hybrid | 不育Sterile |
中烟98 ZY98 | 可育亲本Fertile parent | 可育Fertile |
表2
本研究中的引物序列"
引物 Primer | 正向引物 F-Primer (5′-3′) | 反向引物 R-Primer (5′-3′) |
---|---|---|
N-COXⅡ | ATGATTGTTCTAGAATGGCTATTC | TTAAGCTTCCCCGGTTTGTG |
N-Actin | CTATTCTCCGCTTTGGACTTGGCA | AGGACCTCAGGACAACGGAAACG |
Actin | CAAGGAAATCACCGCTTTGG | AAGGGATGCGAGGATGGA |
qCOXⅡ | TGTGATGCTGTACCTGGTCG | TAAGCTTCCCCGGTTTGTGG |
AP3 | TATGACCATGATTACGAATTCCAGTAACTGTGGCCAACTTAGTTTTG | GACGTAGTGAAAGCATATTCTTCTCTCTTTG |
MTS | CAAAGAGAGAAGAATATGCTTTCACTACGT | CCGAATACTCATAAGACCCTCTTTAGCACC |
COXⅡ | GGTGCTAAAGAGGGTCTTATGAGTATTCGG | ATTCTGGTGTGTGCGCAATG |
P | ATTCTGGTGTGTGCGCAATG |
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