文献类型： 中文期刊

作者： 望锦 ¹ ; 刘艳芳 ¹ ; 刘文文 ¹ ; 王雅琦 ¹ ; 宋时洋 ¹ ; 张幸子 ¹ ; 李凤霞 ¹ ;

作者机构： 1.中国农业科学院烟草研究所;中国农业科学院研究生院;中国科学院青岛生物能源与过程研究所

关键词： 烟草;sua-CMS;COXⅡ;功能鉴定

期刊名称： 中国农业科学

ISSN： 0578-1752

年卷期： 2023 年 16 期

页码： 3077-3087

收录情况： 北大核心 ; CSCD

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。