小麦正常的雄蕊对雄蕊雌蕊化
小麦正常雄蕊变成雌蕊是基因突变吗？
谭汉玲7k
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水稻雌雄蕊突变体的遗传分析
1.水稻雄蕊雌蕊群突变体的遗传分析(文献综述)
王昌建[1](2020)在论文《水稻花器官发育基因DPS2的鉴定和基因定位》中指出，水稻是我国重要的粮食作物之一，也是单子叶模式植物，花器官的形成和发育与水稻产量密切相关。水稻花器官发育相关基因的克隆和功能分析不仅有助于进一步了解水稻花发育的调控机制，而且对未来的高产育种具有重要的现实意义。本研究从CJ06和TN1的代换系中发现了一个雌雄蕊发育缺陷的不育突变体，命名为DPS2(雌雄蕊发育缺陷2)。在大田常规种植条件下，比较了突变体dps2和野生型CJ06主要农艺性状和花器官形态特征的差异。扫描电镜和石蜡切片观察花药结构，染色观察花粉和胚囊的育性。利用图位克隆方法进行精细基因定位；利用转录组测序和RT-PCR分析野生型和突变体中花发育相关基因的表达水平。结果如下:dps2突变体的抽穗期较长，小穗的外稃和外稃发育正常，不能正常开花和开花。成熟阶段，小穗有残余花器官，不能正常结果。突变体dps2的其他农艺性状，如株高、分蘖数、穗长、一次枝梗数和二次枝梗数没有显著变化。dps2突变体的雄蕊不同程度地皱缩，颜色为透明淡黄色，雄蕊数量增多，雌蕊皱缩，柱头数量增多。进一步观察发现，dps2突变体的花药腔塌陷，外表皮细胞折叠，排列不规则，外表面光滑，无蜡质、角蛋白等线状物质，内部无可见小孢子，部分花药可形成腔，花粉粒枯萎，无淀粉积累，故突变体仅有少数花粉有活性。此外，dps2突变体的胚囊发育受到影响，胚囊中央核结构出现细胞退化迹象。遗传分析表明，突变体dps2受隐性单基因控制。通过图位克隆，我们将DPS2基因定位在4号染色体短臂上的91.2 Kb区间内，该区间内未见与花器官发育相关的基因报道。转录组测序分析显示，与野生型相比，731基因上调，1679基因受dps2调控。这些差异表达基因涉及生物代谢和生物调控，9个基因涉及生长素合成和信号转导途径。通过实时荧光定量PCR发现，dps2突变体中生长素合成相关基因TDD1的表达显著降低，而生长素反应基因OsIAA3、OsARF11、OsARF3和OsARF15的表达显著升高。MADS-box基因家族中B类基因OsMADS2、OsMADS4、OsMADS16和E类基因OsMADS1、OsMADS6、OsMADS7和OsMADS8的表达在dps2中显著增加。上述结果表明，DPS2的突变可能影响生长素的合成或代谢，dps2突变体的雄蕊和雌蕊发育异常，最终导致不育。推测DPS2可能在调节水稻第三轮雄蕊发育和第四轮雌蕊发育中起重要作用。
杨倩[2](2020)在小麦花发育过程中TaWin1基因的功能中指出，雄蕊是植物中重要的花器官，其生长发育直接影响植物育种和作物产量。雄性不育是由于雄蕊发育异常而不能产生可育后代的现象，在植物界普遍存在。在作物杂交育种研究中，雄性不育系在培育优质高产品种中起着非常重要的作用。小麦是世界三大粮食作物之一。因此，研究小麦雌雄雄蕊的发育对改良小麦品质和提高小麦产量具有重要意义。小麦雄蕊雌蕊同源转化突变体(HTS-1)是彭教授在培育小麦近等基因系过程中发现的一个新突变体。HTS-1的小花中，全部或部分雄蕊同源转化为雌蕊，所以雌蕊数目一般为4-6个。因此，该突变体完全或部分不育，自然状态下平均结实率仅为15.3%。遗传分析表明，该突变体至少受两个隐性基因(Pis1和hts)控制，与细胞质遗传无关。其中，Pis1基因已经定位在2D染色体上，控制三雌蕊小麦的三个雌蕊性状。Hts是基于已经定位在4A染色体上的一个7.2Mb的区间，结合之前的转录组分析，在这个位置区间发现了一个在败育雌蕊(PS)中异常高表达的基因，即TaWin1基因。因此，推测TaWin1基因的过量表达将导致小麦雄蕊向雌蕊的同源转化。为了进一步探索TaWin1的功能，本研究以三个近等基因系CSTP、CM28TP和小麦雄蕊为实验材料，通过基因克隆、外源乙烯利和1-甲基环丙烯处理、实时PCR检测和转基因拟南芥等方法分析了TaWin1基因的功能。主要结果如下:CM28TP和HTS-1中1和TaWin1基因的序列相似性为99.77%，唯一不同的是在HTS-1中TaWin1基因的ORF下游片段插入了两个胸腺嘧啶(T)。因此，TaWin1基因在CM28TP和HTS-1中的片段大小分别为883bp和885bp，其开放阅读框(ORF)长度为408bp。在整个编码区中，TaWin1的氨基酸序列与节节麦Win1的相似性为96.38%，与短花山羊草Win1和二色山羊草win 1的相似性为64.23%。与玉米Z.mays Win1的相似性为58.82%，与拟南芥A.lyrata亚种的相似性为38.57%。Lyrata Win1，与水稻Win1有62.77%的相似性。进化树分析表明，TaWin1蛋白属于节节麦Win1、花药野生稻Win1、水稻Win1、高粱Win1和玉米win 1。并且TaWin1与节节麦Win1的亲缘关系最近，进一步证实TaWin1与Win1属于同一基因家族。实时荧光PCR分析表明，与雌蕊和雄蕊相比，TaWin1基因在HTS-1的雌蕊和雄蕊中的表达量最高，约为正常雌蕊的194倍，正常雄蕊的86倍。2.乙烯利和1-甲基环丙烯(1-MCP)分别处理CSTP和HTS-1时，HTS-1的雌蕊和雌蕊发生明显变化，未处理的HTS-1的雌蕊为59.61%，CSTP为0.30%。与未经任何处理的HTS-1相比，经1处理的HTS-1的雌蕊群减少了24.34%，经乙烯利处理的CSTP的雌蕊群率增加了40.23%。实时PCR分析乙烯途径中关键基因的表达。结果表明，ACO2 _ 2、CTR1和EIN2 _ 2在HTS-1幼穗中的表达量高于CSTP。1-MCP处理后HTS-1的表达水平下降，乙烯利处理后CSTP的表达水平上升。HTS-1幼穗中ETR1和SAM基因的表达量显著高于CSTP，1-MCP处理后HTS-1的表达量下降。乙烯利处理的CSTP和未处理的CSTP中ETR和SAM基因的表达水平较低，差异不明显。ACS在HTS-1中的表达水平高于CSTP(约6倍)，经1-MCP处理后，HTS-1的表达水平显著增加。乙烯利处理的CSTP幼穗中ACS的表达高于未处理的CSTP。在检测的6个基因中，EIN2基因的表达差异最明显。在用1 MCP处理的HTS-1中，EIN2基因的表达比未处理的HTS-1低约15倍，而在用乙烯处理的CSTP中，它高约16倍。TaWin1基因在HTS-1幼穗中的表达量高于CSTP。用1-MCP处理HTS-1后，TaWin1基因在其幼穗中的表达上调了约9.5倍。然而，在乙烯利处理的CSTP幼穗中，TaWin1基因的表达没有显著变化。3.通过转基因拟南芥技术进一步分析了TaWin1基因的功能。结果表明，TaWin1基因在拟南芥中的过量表达导致了拟南芥的一系列表型变化，如花丝和花梗长度明显缩短、花丝退化、花丝降解等。利用实时PCR技术分析了拟南芥乙烯合成三个关键酶基因在转基因拟南芥和野生型拟南芥中的表达。结果表明，除At ACS基因外，其他两个关键酶基因ACS和AtSAM在转基因拟南芥中表达上调。这表明TaWin1在一定程度上促进了拟南芥乙烯的合成。