玉米S型細(xì)胞質(zhì)雄性不育的育性恢復(fù)機(jī)理研究.pdf

1、在開花植物中，細(xì)胞質(zhì)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(dǎo)致的不育性狀通常能夠被細(xì)胞核內(nèi)的恢復(fù)基因所抑制，從而使植株育性恢復(fù)正常。本研究對(duì)玉米S型細(xì)胞質(zhì)雄性不育(CMS-S)中胞質(zhì)不育候選基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在核恢復(fù)基因的作用下被降解并引起育性恢復(fù)的生物學(xué)機(jī)理進(jìn)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(rèn)為與線粒體基因組內(nèi)R區(qū)的表達(dá)相關(guān)。R區(qū)內(nèi)含有兩個(gè)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(nèi)含有三個(gè)不同的拷貝。其中兩個(gè)含有完整R區(qū)的BamHI片斷已被克隆測(cè)序，結(jié)果表明在這兩個(gè)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(zhuǎn)錄沒有受到R區(qū)轉(zhuǎn)錄的影響； (2)兩個(gè)拷貝的R區(qū)在在不育花粉中高豐度表達(dá)，其轉(zhuǎn)錄本大小分別為1.6kb和2.8kb；而在育性恢復(fù)的花粉中，這兩個(gè)轉(zhuǎn)錄本的豐度被大大降

3、低，進(jìn)一步分析表明這一結(jié)果是通過mRNA分子的降解途徑來實(shí)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(zhuǎn)錄本的5'末端具有一段可形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)的迴文對(duì)稱序列，而在可育花粉中，其5'末端短缺了9個(gè)堿基； (4)在不育花粉和育性恢復(fù)的花粉中，R區(qū)轉(zhuǎn)錄本的加尾位點(diǎn)都集中位于一個(gè)3'莖環(huán)結(jié)構(gòu)之后； (5)不管是在不育花粉還是育性恢復(fù)的花粉中，orf77區(qū)域內(nèi)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(zhuǎn)錄本還是轉(zhuǎn)錄前體分子，都已被加上了Poly(A)尾巴，表明已進(jìn)入降解途徑； 在以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，本研究對(duì)S型CMS花粉育性的恢復(fù)機(jī)理進(jìn)行了如下推測(cè)：在不育花粉和育性恢復(fù)的花粉中，orf77區(qū)域內(nèi)均發(fā)生了終止編輯，即由RNA編輯產(chǎn)生了提前終止密碼子。這種提前終止密碼子被細(xì)胞內(nèi)一種被稱為NMD的RNA監(jiān)測(cè)系統(tǒng)識(shí)別，進(jìn)而使包括轉(zhuǎn)錄前體分子

5、在內(nèi)的所有含有orf77的轉(zhuǎn)錄本都要被添加上Poly(A)尾巴，并進(jìn)入降解途徑。然而位于1.6kb轉(zhuǎn)錄本3＇末端的莖環(huán)結(jié)構(gòu)阻止了從3＇末端起始的降解過程。在育性恢復(fù)的花粉中，在核恢復(fù)基因Rf3的參與下，能夠?qū)ξ挥?.6kb轉(zhuǎn)錄本5＇末端的莖環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行剪切，從而使5＇向3＇的降解過程順利進(jìn)行。由于2.8kb轉(zhuǎn)錄本包含完整的1.6kb轉(zhuǎn)錄本序列，其莖環(huán)結(jié)構(gòu)也同樣會(huì)被剪切，從而形成1.6kb轉(zhuǎn)錄本，然后被降解。相比而言在不育的花粉中，由于核恢