玉米S型細胞質雄性不育的育性恢復機理研究.pdf

1、在開花植物中，細胞質雄性不育(CMS)是一種普遍現(xiàn)象。這種由線粒體基因突變所導致的不育性狀通常能夠被細胞核內的恢復基因所抑制，從而使植株育性恢復正常。本研究對玉米S型細胞質雄性不育(CMS-S)中胞質不育候選基因的轉錄產物在核恢復基因的作用下被降解并引起育性恢復的生物學機理進行了探討。 玉米主要有T、C、S三種CMS類型，其中S型CMS屬于配子體雄性不育，其花粉的敗育被認為與線粒體基因組內R區(qū)的表達相關。R區(qū)內含有兩個緊密相鄰的

2、開放閱讀框orf355和orf77，在S型CMS線粒體基因組內含有三個不同的拷貝。其中兩個含有完整R區(qū)的BamHI片斷已被克隆測序，結果表明在這兩個片斷中cox1和cox2分別位于R區(qū)上游，但與之位于不同的極性單鏈上。本研究發(fā)現(xiàn)： (1)cox1和cox2的轉錄沒有受到R區(qū)轉錄的影響； (2)兩個拷貝的R區(qū)在在不育花粉中高豐度表達，其轉錄本大小分別為1.6kb和2.8kb；而在育性恢復的花粉中，這兩個轉錄本的豐度被大大降

3、低，進一步分析表明這一結果是通過mRNA分子的降解途徑來實現(xiàn)的，此降解過程發(fā)生在單核花粉期； (3)在不育花粉中，1.6kb轉錄本的5'末端具有一段可形成莖環(huán)結構的迴文對稱序列，而在可育花粉中，其5'末端短缺了9個堿基； (4)在不育花粉和育性恢復的花粉中，R區(qū)轉錄本的加尾位點都集中位于一個3'莖環(huán)結構之后； (5)不管是在不育花粉還是育性恢復的花粉中，orf77區(qū)域內均在第52位和100位核苷酸處發(fā)生了不同頻率

4、的C向U的編輯，從而形成UGA終止密碼； (6)不管是orf355-orf77的成熟轉錄本還是轉錄前體分子，都已被加上了Poly(A)尾巴，表明已進入降解途徑； 在以上實驗結果的基礎上，本研究對S型CMS花粉育性的恢復機理進行了如下推測：在不育花粉和育性恢復的花粉中，orf77區(qū)域內均發(fā)生了終止編輯，即由RNA編輯產生了提前終止密碼子。這種提前終止密碼子被細胞內一種被稱為NMD的RNA監(jiān)測系統(tǒng)識別，進而使包括轉錄前體分子

5、在內的所有含有orf77的轉錄本都要被添加上Poly(A)尾巴，并進入降解途徑。然而位于1.6kb轉錄本3＇末端的莖環(huán)結構阻止了從3＇末端起始的降解過程。在育性恢復的花粉中，在核恢復基因Rf3的參與下，能夠對位于1.6kb轉錄本5＇末端的莖環(huán)結構進行剪切，從而使5＇向3＇的降解過程順利進行。由于2.8kb轉錄本包含完整的1.6kb轉錄本序列，其莖環(huán)結構也同樣會被剪切，從而形成1.6kb轉錄本，然后被降解。相比而言在不育的花粉中，由于核恢