全 文 ：　 核 农 学 报　2010, 24 (1) : 0012～0019
Journal of N uclear Agricultura l Sciences
文章编号 : 100028551 (2010) 0120012208
一例特异细胞质雄性不育小麦 m tDNA
特异片段的克隆和测序
孙　瑞　张改生　牛　娜　马守才　李红霞　汪　奎　袁正杰　张龙雨
(西北农林科技大学 陕西省作物杂种优势研究与利用重点实验室 /小麦育种教育部工程研究中心 ,陕西 杨陵　712100)
摘　要 :以具有同质同核的二角型小麦花药外露不育系与花药不外露突变不育系为试材 ,对其 m tDNA进
行了 RAPD分析 ,筛选出特异片段 S3221582、OPAA1621753,并进行克隆与测序。结果表明 :花药外露型
不育系与花药不外露型不育系细胞质内 m tDNA存在明显差异 ,而 ctDNA之间不存在差异 ;二角型花药
外露型不育系转化为花药不外露型不育系 ,很可能是由于 m tDNA自发的重排引起的。其差异片段 S322
1582、OPAA1621753序列与核基因组上的序列具有同源性 ;供试线粒体基因组能够在较短的演化时间内
发生变异 ,从而引起二角型花药外露型不育系向花药不外露型不育系的变异 ,其特异质核互作可能起重
要作用。
关键词 :小麦 ;二角型不育 ; m tDNA; RAPD
CLO N ING AND SEQUENC ING O F m tDNA SPEC IAL
FRAGM ENTS O F A SPEC IAL CM S IN W HEAT
SUN Rui　ZHANG Gai2sheng　N IU Na　MA Shou2cai　L I Hong2xia
WANG Kui　YUAN Zheng2jie　ZHANG Long2yu
( Key Laboratory of Crop Heterosis of Shaanxi Province, N orthwest A & F U niversity /W heat B reeding Engineering R esearch Center,
M inistry of Education, Yangling, Shaanxi　712100)
Abstract: The m itochondrial DNA (m tDNA ) were analyzed between two male sterile lines, anther outside floret and
anther inside floret with same A e. bicorn is cytop lasm in wheat by RAPD technique, and two specific bands S3221582 and
OPAA1621753 were screened, then cloned and sequenced. The results showed that the difference was found between
m itochondrial DNA (m tDNA) of two male sterile lines, but there was no difference in their chlorop last DNA ( ctDNA ).
Transfering the male sterile line of anther outside floret to anther inside floret line revealed that it was most likely due to
the autonom ic rearrangement of m tDNA. The sequences of S3221582 and OPAA1621753 were homologous with the
nuclear genome sequence. The results indicated that the test p lant m itochondrial genome mutated in a relatively short
period of time, thus caused bicornis sterility with anther outside floret to anther inside floret, the specific nuclear2
cytop lasm ic interaction p robably m ight p lay an important role in the p rocess.
Key words:wheat; A e bicorn is type male sterile; m tDNA; RAPD
收稿日期 : 2005205216　接受日期 : 2009207222
基金项目 :国家高技术研究发展计划 (863计划 )重大专项 (2009AA101102) ,陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项 (No. 2007ZDKG2020) ,
西北农林科技大学拔尖人才支持计划项目
作者简介 :孙　瑞 (19822) ,女 ,内蒙古鄂尔多斯市人 ,硕士研究生 ,研究方向为小麦雄性不育机理研究。E2mail: srcp1314@126. com
通讯作者 :张改生 (19512) ,男 ,教授 ,博士生导师 ,主要从事小麦雄性不育理论和应用研究。E2mail: zhanggsh@public. xa. sn. cn　　细胞质雄性不育 ( cytop lasm ic male sterility, CMS)普遍存在于高等植物中 ,是生产上广泛利用杂种优势 的基础。同其他作物一样 ,对小麦 CMS的研究 [ 1～3 ]也倾向于 m tDNA对雄性不育具有决定性的影响。刘忠
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　1期 一例特异细胞质雄性不育小麦 m tDNA特异片段的克隆和测序
松对线粒体和叶绿体离体翻译产物研究的结果表明 ,
小麦 CMS与线粒体直接有关 ,而与叶绿体的关系不
大 [ 4 ]。线粒体基因组分子内或分子间频繁重组所形
成的异常嵌合基因被认为是 CMS产生的分子基础。
位于线粒体基因组上且与 CMS相关的许多基因已被
发现 ,如向日葵的 orf522[ 5 ]、雄性不育油菜的 orf224等
阅读框架 [ 6 ]和红莲型不育水稻嵌合基因 orfh79[ 7 ]等。
在小麦上 ,现已证明 T、K和 Ven型不育系与保持系的
m tDNA 之间存在显著的差异 , 不育系与 F1 代的
m tDNA之间同样存在显著的差异。在研究小麦线粒
体基因组与 CMS关系中 ,随机引物扩增多态性 DNA
(RAPD)技术应用最多 [ 8～11 ]。RAPD具有不需要预先
了解目的基因和相应的序列、效率高、多态性高、灵敏
度高和易于检测等优点。但 RAPD存在稳定性差和重
复性差等缺点。限制性片段长度多态性 (RFLP)有所
应用 [ 12 ] ,但应用不多。锚定简单重复序列 ( ISSR)和序
列相关扩增多态性 ( SRAP)等技术最近也有所应用。
本研究以具有二角山羊草 (A e1bicorn is)细胞质的
二角型小麦雄性不育系中所存在的 2种不育形态亲本
为试材 ,其一 ,花药外露不育类型为最初以具有二角山
羊草细胞质的可育异质小麦 (A e1bicorn is) 2Chri为母
本 ,普通小麦 ( T1aestivum ) 2902110为父本 ,连续置换回
交创制而成的不育系 ;其二 ,花药不外露不育系为二角
型花药外露不育系中因突变所出现的一种变异不育类
型。二角型花药外露不育系具有易保持、易恢复、扬花
期花药外露、恢复源广泛和种子饱满等优良特点 ,但在
特定核型不育系及其 F1 产生有一定频率的单倍体及
育性恢复性变异较大等问题 ;二角型花药不外露不育
类型 ,细胞质来源于花药外露不育类型的突变 ,其不育
性表现彻底、大部分普通小麦都是其保持系 ,扬花期花
药不外露 ,但恢复源远少于花药外露不育类型。很显
然两者虽来自同一类型细胞质 ,但在育性特异性上已
产生分化 ,为 2种不同的不育类型。因此 ,本研究以这
2种不育类型细胞质为研究主体 ,首先提取两者的
m tDNA进行 RAPD分析 ,对筛选出的特异片段进行克
隆与测序 ,旨在从分子机理上揭示这 2种不育类型的
差异及其育性特性转化的内在机理与变异途径 ,进而
以揭示小麦不育性与 m tDNA之间的关系 ,为进一步研
究小麦细胞质雄性不育的突变机理提供理论依据。
1　材料与方法
111　材料
供试亲本为 3对来自同质同核的二角型花药外露
不育系与花药不外露不育系 :花药外露型不育系 (B )
524, 7221, G2136与花药不外露型不育系 ( b) 524, 7221,
G2136具有相同的细胞核 ;这里 (B )和 ( b)的区别是 :
( b)细胞质 (即花药不外露型不育系 )是来自 (B )细胞
质的自然突变 ,因为最初都来自 (B )细胞质 ,所以称其
为同质同核 ,均由西北农林科技大学陕西省作物杂种
优势研究与利用重点实验室提供。
112　方法
11211　m tDNA的提取 　提取方法参考文献 [ 13, 14 ] ,
以下操作未经特别说明均在 4℃以下或者冰浴中进
行。种子用自来水浸泡过夜 ,次日将种子放置于铺有
浸水滤纸的培养皿中 ,室温下避光培养 , 10d后收获黄
化苗 ,用 5%次氯酸钠洗涤 10m in左右 ,后用蒸馏水洗
涤 6次 ,无菌纱布试去水珠 , - 70℃保存备用。
称取 5 g黄化苗并剪碎 ,放入预冷的研钵中 ,加入
20m l预冷的匀浆缓冲液 ( 50mmol/L Tris2HCl pH 810,
113mol/L NaCl, 25mmol/L EDTA pH 810, 012% BSA,
使用前加入 0105%半胱氨酸和 015%β2巯基乙醇 )研
磨后用 6层纱布过滤 ,滤渣加入 10m l预冷匀浆缓冲液
继续研磨并过滤 , 滤液分装于 15m l 离心管 , 用
Eppendorf 5810R高速冷冻离心机 1000g离心 10m in,
上清液移入新的 15m l离心管 , 3000g离心 15m in,后再
取上清液 18000离心 20m in,上清置于 15m l离心管 , -
70℃保存以备后用 ;每管最后一次离心所得沉淀加入
3m l预冷的匀浆缓冲液 , 悬浮沉淀 , 18000g 离心
15m in,弃上清 ; 每管沉淀中加入 1 U /μl DNase Ⅰ
( Fermentas) 5μl, 10 ×Buffer 100μl,超纯水 95μl,混匀
后 37℃水浴 30m in,加入 10μl 015mol/L EDTA pH
810,混匀后静置 10m in; 然后加入 2m l STB 缓冲液
( 400mmol/L 蔗糖 , 50mmol/L Tris2HCl pH 810, 011%
BSA) , 18000g离心 15m in;弃上清 ,每管沉淀中加入
1m l裂解缓冲液 (25mmol/L Tris2HCl pH810, 20mmol/L
EDTA pH810, 015% SDS) , 4μg/m l蛋白酶 K (Meck)
25μl,重新悬浮沉淀 , 50℃水浴 1h,再 37℃水浴 1h,在
此期间轻轻摇动几次 ;水浴结束后加入 100μl 2mol/L
醋酸铵并混匀 ,加入 1m l TE饱和的酚 /氯仿 ( 1∶1)再
混匀 ,静置 10m in, 18000g离心 5m in,吸取上清 ,重复
抽提一次 ;吸取上清 ,分装于 115m l离心管中 ,加入 2
倍体积的无水乙醇并混匀 , - 70℃静置 1h后 , 18000g
离心 15m in,所得白色沉淀室温干燥后加入 20μl TE
RNase溶液 (含有 20μg /m l的 RNase A ) , 4℃过夜后 -
20℃保存。
11212　ctDNA的提取 　取冰冻上清液融解 , 800g离
心 15m in;弃沉淀 ,上清液 1800g离心 15m in,上清置于
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核　农　学　报 24卷
15m l离心管 , - 70℃保存备用 ;所得沉淀加入 3m l预
冷的匀浆缓冲液 ,悬浮沉淀 , 1800g离心 15m in,弃上
清 ;向每管沉淀中加入 DNaseⅠ ( Fermentas) 5μl, 10 ×
Buffer 5μl超纯水 40μl,混匀后 37℃水浴 30m in,加入
10μl 015mol/L EDTA pH 810,混匀后静置 10m in;然后
加入 2m l STB 缓冲液 ( 400mmol/L 蔗糖 , 50mmol/L
Tris2HCL, pH 810, 011% BSA ) , 1800g离心 15m in;弃
上清 ,每管沉淀中加入 1m l裂解缓冲液 ( 25mmol/L
Tris2HCl pH 810, 20mmol/L EDTA pH 810, 015%
SDS) , 4μg/m l蛋白酶 K (Meck) 25μl,重悬沉淀 , 50℃
水浴 1h,再 37℃水浴 1h,期间轻轻摇动几次 ;水浴结
束后加入 100μl 2mol/L醋酸铵并混匀 ,加入 1m l TE
饱和的酚 /氯仿 (1∶1) ,再混匀 ,静置 10m in, 18000g离
心 5m in,吸取上清 ,重复抽提一次 ;吸取上清 ,上清分
装于 115m l离心管中 ,加入 2倍体积的无水乙醇并混
匀 , - 70℃静置 1h后 , 18000g离心 15m in,所得白色沉
淀室温干燥后加入 20μl TE溶液 (含有 20μg/m l的
RNase A ) , 4℃过夜 ,后 - 20℃保存备用。
11213　RAPD扩增与产物检测 　50条由 10个碱基组
成的随机引物购于上海生工生物技术有限公司 ,其中
引物 S32 序列为 : 5′2TCGGCGATAG23′、OPD05 序列
为 : 5′2TGAGCGGACA23′和 OPAA16 序 列 为 : 5′2
GGAACCCACA23′。采用 TIANGEN 公司的 2 ×Taq
PCR MaseerM ix试剂盒 , 20μl反应体系含有 10μl 2 ×
Taq PCR MaseerM ix ( 011U /μl Taq Polymerase, 500
μmol/L 各种 dNTP, 20mmol/L Tris2HCl pH813, KCl
100mmol/L , MgCl2 3mmol/L , 其他稳定剂和增强剂 ) ,
10μmol/L 随机引物 2μl,模板 DNA 5ng,其余用超纯
水补足。 PCR 反应在 MyCycler Thermal Cycler (B io2
Rad)扩增仪上进行 ,反应程序如下 : 95℃预变性 5m in;
94℃变性 1m in, 39℃复性 1m in, 72℃延伸 2m in, 35个
循环 ; 72℃延伸 10m in。PCR产物 4℃保存。扩增产物
在 115%琼脂糖凝胶中电脉后 ,于 EB 溶液 (浓度为
1μg/m l)中染色 10m in,蒸馏水脱色 10m in,观察并拍
照。
11214　特异扩增片段的回收 　紫外灯下切取 3对材
料中 S3221582 [花药不外露型不育系 ( b ) G2136 ]、
OPAA1621753 [花药不外露型不育系 ( b) 2524 ] 2类差
异片段 ,用超薄∕普通琼脂糖凝胶 DNA回收。
11215　特异扩增片段 DNA的克隆 　 ( 1) 回收产物
S3221582 [ ( b) G2136 花药不外露型 ]、OPAA1621753
[ ( b) 2524花药不外露型 ]重组进 pMD192T Vector,在
015m l离心管中配制下列 DNA溶液 ,全量为 5μl, 10μl
连接反应体系为 :连接载体 pMD192T Vector 1μl,插入
DNA 4μl,溶解液 Ⅰ5μl。 (2) 连接产物的转化及α2互
补蓝白斑筛选 :取 100μl DH5α感受态细胞立即置于
冰上 ,加入 10μl连接产物 (≤50 ng)轻轻摇匀后冰浴
30m in, 42℃水浴热击 90 s,迅速置于冰上 2m in。向管
中加入 890μl LB (不含 Amp)混匀后 37℃振荡培养 1h
(150 r/m in) ,将菌液 10000g离心 1m in,吸掉大部分上
清液 ,余下的混匀 ,取上述菌液 100μl涂布在筛选平板
(Amp 100 mg/m l; IPTG 24 mg/m l; X2Gal 20 mg/m l)
上 ,正面朝上放置 015h后 ,倒置平板 , 37℃培养过夜
(12h左右 )。将平板于 4℃放置 1h使蓝色充分显现 ,
挑取白色菌落。然后 PCR扩增 ,确认载体中插入片段
的长度大小。20μl PCR扩增体系为 : dNTPs 210μl, 10
×buffer 215μl,M132M14引物 1μl,M132RV引物 1μl,
Taq酶 012μl,菌落 DNA 2μl,其余用超纯水补足。扩
增程序如下 : 94℃预变性 4m in; 94℃ 45 s, 58℃ 45 s,
72℃ 1m in,共 32个循环 ; 72℃延伸 10m in; 4℃保存。
11216　碱基序列的分析 　使用 NCB I网站中的 B lastn
程序对碱基序列进行分析 ,同源性比对在 GenBank中
进行。
2　结果与分析
211　叶绿体基因组的 RAPD分析
50条随机引物未从叶绿体基因组中扩增出差异
条带 ,表明叶绿体基因组与二角型花药外露和不外露
2种不育类型没有直接关系。图 1 为引物 S32 和
OPP08对 ctDNA的 RAPD扩增图谱。
212　线粒体基因组的 RAPD分析
50条随机引物对 2种不育类型的线粒体基因组
进行扩增 ,其中 3条随机引物扩增结果表现差异 ,引物
S32在 3对材料中均扩增出一条 1582bp的特异性条
带 (如图 221所示 ) ,故命名为 S3221582、引物 OPD05
同样扩增出一条 2173bp的特异带 (如图 222所示 )、引
物 OPAA16扩增出一条 1753bp的特异带 (如图 223所
示 ) , 命 名 为 OPAA1621753, 差 异 片 段 S3221582、
OPD0522173和 OPAA1621753在 3对材料的 m tDNA扩
增产物中均存在 ,且都是二角型花药不外露不育比二
角型花药外露不育多出一条特异性条带 ,这表明花药
外露和花药不外露 2种不育类型育性器官形态和育性
的差异很可能是由线粒体基因组引起的。
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　1期 一例特异细胞质雄性不育小麦 m tDNA特异片段的克隆和测序
图 1　ctDNA的 RAPD扩增图谱
Fig. 1　The RAPD amp lification patterns of ctDNA
1:引物 S32; 2:引物 OPP08。M:分子量标记 DL2000; A: (B) 2524花药外露 ; B: ( b) 2524花药不外露 ; C: (B) 27221花药外露 ;
D: ( b) 27221花药不外露 ; E: (B) G2136花药外露 ; F: ( b) G2136花药不外露
1: p rimer S32; 2: p rimer OPP08。M: marker DL2000; A: (B) 2524 anther in outside floret ; B: ( b) 2524 anther inside floret;
C: (B) 27221 anther in outside floret; D: ( b) 27221 anther inside floret ; E: (B) G2136 anther in outside floret; F: ( b) G2136 anther inside floret
图 2　m tDNA的 RAPD扩增图谱
Fig. 2　RAPD amp lification patterns of m tDNA
1:引物 S32; 2:引物 OPD05; 3:引物 OPAA16
M:分子量标记 DL2000; A: (B) 2524花药外露 ; B: ( b) 2524花药不外露 ; C: (B) 27221花药外露 ;
D: ( b) 27221花药不外露 ; E: (B) G2136花药外露 ; F: ( b) G2136花药不外露
1: p rimer S32 ; 2: p rimer OPD05; 3: p rimer OPAA16
M: marker DL2000; A: (B) 2524 anther in outside floret; B: ( b) 2524 anther inside floret; C: (B) 27221 anther in outside floret;
D: ( b) 27221 anther inside floret; E: (B) G2136 anther in outside floret; F: ( b) G2136 anther inside floret
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核　农　学　报 24卷
图 3　含 S3221582片段的菌落 PCR扩增图谱
Fig. 3　PCR amp lification patterns of the colony
including S3221582 fragment
M:分子量标记 DL2000; 1～5: ( b) G2136花药
不外露型不育系 S3221582
M: marker DL2000; 1～5: S3221582 of
( b) G2136 anther inside floret
图 4　含 OPAA1621753片段的菌落 PCR扩增图谱
Fig. 4　PCR amp lification patterns of
the colony including OPAA1621753 fragment
M:分子量标记 DL2000; 1～5: ( b) 2524花药
不外露型不育系 OPAA1621753
M: marker DL2000; 1～5:OPAA1621753 of (b) 2524 anther inside flore
213　克隆结果与分析
S3221582 对应于 ( b ) G2136 花药不外露型、
OPAA1621753对应于 ( b) 2524花药不外露型 ,切胶回
收后连接到 pMD192T Vector,转化大肠杆菌并蓝白斑
筛选后对白色菌落进行 PCR检测 S3221582。结果如
图 3所示 , 5个点样孔中 ,第 2、3泳道各产生一条粗亮
带 ,与 RAPD扩增的 S3221582条带大小相等 ,说明差
异片段 S3221582克隆成功。OPAA1621753结果如图 4
所示 , 5个泳道中 ,共产生 3条带 ,除第 1孔外 ,其他与
RAPD扩增的 OPAA1621753 [ ( b) 2524花药不外露型 ] 条带大小相等 ,证明该目的片段已经转化到大肠杆菌中。在 115m l离心管中加入 1m l LB液体培养基 (含30μl Amp) ,并加入 10μl转化成功的菌液 , 37℃ 220 r/m in摇菌 12～16h,菌液变为浑浊时进行测序 ,序列测定由北京三博远志生物技术有限责任公司完成。为确保 S3221582 、OPAA1621753 真正克隆成功 ,将上述菌液继续 PCR检测 ,如图 5、图 6所示 ,分别产生 4条和 2条粗亮带 ,且大小与前述电泳条带相等 ,表明 S3221582、OPAA1621753目的片段克隆成功。
图 5　含 S3221582片段的 Bacilli PCR扩增图谱
Fig. 5　The Bacilli PCR amp lification patterns
of S3221582 fragment
M:分子量标记 DL2000; 124: ( b) G2136花药
不外露型不育系 S3221582
M: marker DL2000; 124: S3221582 of
( b) G2136 anther inside floret
图 6　含 OPAA1621753片段的 Bacilli PCR扩增图谱
Fig. 6　The Bacilli PCR amp lification patterns
of OPAA1621753 fragment
M:分子量标记 DL2000; 1～2: ( b) 2524花药不外
露型不育系 OPAA1621753
M: marker DL2000; 1～2: OPAA1621753 of
( b) 2524 anther inside floret
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　1期 一例特异细胞质雄性不育小麦 m tDNA特异片段的克隆和测序
214　差异片段的测序和序列分析
差异片段 S3221582和 OPAA1621753的测序结果
见图 7和图 8。
　　利用 BLAST序列分析程序 ,对差异片段 S322
1582、OPAA1621753的序列进行同源性比对。结果表
明 :差异片段 S3221582、OPAA1621753与核基因组上
的序列具有同源性 ,且同源性均在 91℅以上。与特异
片段 S3221582和 OPAA1621753序列相似的核基因组
上的序列如表 1所示。
以上基因功能如何 , 是否和育性有关 , 有待进一
步研究。
表 1　差异片段 S3221582、OPAA1621753的序列比对结果
Table 1　Sequence alignment results of fragment
S3221582、OPAA1621753
特异片段
specific
fragment
登录号
accession
产 物
p roducts
S3221582 DQ53733611 X型高分子量麦谷蛋白的基因
X2type HMW glutenin gene
EF54032111 假定核糖体蛋白的基因
A ssume ribosomal p rotein genes
OPAA1621753 EF56706211 编码抗病蛋白的基因
Encode disease resistance p roteins genes
AF49747411 富含亮氨酸蛋白的基因
Leucine2rich p rotein gene
图 7　差异片段 S3221582的碱基组成
Fig. 7　Base composition of fragment S3221582
3　讨论
本研究采用的是仅区别于不育花药外露与不外露
的 2类小麦二角型同质同核不育系 ,其与对应同一保
持系回交世代均在 10代以上 ,可以确定它们的细胞核
遗传组成完全一样。以此推理 ,其育性形态和特异性
所发生的变异完全可以确定在细胞质内 ,但细胞质中
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核　农　学　报 24卷
图 8　差异片段 OPAA1621753的碱基组成
Fig. 8　Base composition of fragment OPAA1621753
存在 2种主要独立的细胞器 ,即叶绿体和线粒体 ,哪一
个与其不育性有关 ? 近年众多研究表明 ,线粒体与
CMS的关系十分密切 ,叶绿体与 CMS的相关性较小。
本研究也证实了这一点 ,供试二角型花药外露不育群
体中部分植株转化为花药不外露不育 ,花药外露与否
与育性特异性所发生的变化 ,从本研究的结果来看 ,系
线粒体基因组发生了变异 ,叶绿体基因组没有发生变
异 ,这说明线粒体基因组的变异是二角型花药外露不
育变异的真正原因所在。
关于线粒体与不育性的机理研究 ,许多研究者在
研究不育机理时认为很可能是由于外源核 DNA的导
入引起核基因组与线粒体基因组之间的某种不协调导
致 m tDNA的重排 [ 9, 15 ] ,从而产生了 CMS或者使育性
恢复。本研究的材料二角型花药外露不育几乎每年均
有部分转化为二角型花药不外露不育 ,这说明线粒体
基因组的这种变异很可能是由于线粒体基因组自身的
重排引起的 ,很明显本研究所用材料 m tDNA的重排不
同于外源核 DNA的导入引起的 m tDNA重排。为了更
深入了解本研究所用材料的内在不育机理 ,本研究对
m tDNA的序列进一步研究 ,以探讨这 2种不育类型是
如何转化的。
一般来说 ,植物细胞质雄性不育是核质互作的遗
传性状 ,最早由西尔斯 ( Sears E R )提出了三型学说 :
细胞核雄性不育、细胞质雄性不育和细胞核、质互作型
雄性不育。多数学者认为 ,绝对的细胞质雄性不育并
不存在 ,细胞核基因或多或少都要参与细胞质雄性不
育。因此 ,雄性不育实际上只有核型和核质互作型不
育 2类 ,通常所说的细胞质雄性不育实际上均为核质
互作型雄性不育。
线粒体是真核生物的一个重要细胞器 ,主要功能
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Journal of N uclear A gricu ltural Sciences
2010, 24 (1) : 0012～0019
是进行呼吸代谢 ,为细胞提供能量 ,它是细胞活动所需
的“能量中心 ”[ 16 ]。线粒体是半自主型细胞器 ,具有自
身的遗传物质 ,线粒体蛋白由 m tDNA和细胞核 DNA
共同编码 [ 17 ]。另外 ,线粒体基因亦受核基因的调节 ,
包括线粒体基因组的转录、转译和翻译等过程。如在
对人类 m tDNA缺失症的研究中 ,发现核基因的变异会
影响到线粒体基因拷贝数的完整性。
而植物 CMS发生的原因并不是孤立的 ,是具有复
杂的遗传背景的。理论上讲 , CMS和保持系细胞核的
背景应该完全一致 ,差异主要由胞质基因引起。但实
际上 ,核基因组无时无刻不对 CMS起着重要作用。因
为线粒体和叶绿体均为半自主遗传的细胞器 ,只能合
成自己所需要的一部分蛋白 ,它们所需要的大部分蛋
白仍由核基因组指导其转录和翻译。
近年来 ,人们还发现在核基因组中有线粒体基因
的相似序列 ,这些相似序列是以假基因的形式存在。
有些试验证明 , m tDNA的核拷贝序列是由于反转录整
合到核基因组中的 ,这些拷贝不仅可以很长 ,而且拷贝
数也相当高 ,它们与其对应的 m tDNA 有很强的同源
性。m tDNA与核基因组之间的共同序列说明细胞遗
传过程中核质系统存在着丰富的遗传物质交流。因
此 ,本研究所得的差异片段序列与核基因组序列存在
同源性 ,很可能是由于线粒体基因组与核基因组间在
相互协调中发生遗传物质的相互转移。而且 ,现有资
料表明 :线粒体和细胞核间存在相互的遗传渗透 ,特别
是高等植物线粒体向细胞核在基因水平转移更是频
繁。核质基因互作已成为新的研究热点 [ 18～23 ] ,这进一
步说明线粒体和细胞核间相互的遗传渗透有可能就是
一种核质互作的表现。本研究供试材料二角型花药外
露型不育系几乎每年均有部分转化为二角型花药不外
露型不育系 ,线粒体基因组的这种变异很可能是在自
然状态下 ,由于线粒体基因组的自身重排引起的。植
物线粒体基因组与动物基因组相比 ,线粒体基因组存
在大量不同长度的重复序列 ,大量非编码的基因间区 ,
这在一定程度上容易导致植物线粒体基因组发生重
排 ,同时与核基因组之间遗传物质的转移 ,进而引起植
物线粒体基因组能够在较短的演化时间内发生变异 ,
这也可能是一种质核互作的遗传性状细胞内在的表现
特点。
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(责任编辑 　王媛媛 )
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