水稻雄性不育系及雄性不育突变体筛选研究进展

为了获得新细胞质源的水稻雄性不育系及雄性不育突变体,以解决目前杂交水稻生产上所面临的不育系来源单一的问题,人们采用了常规育种,诱变育种,组织培养和离体诱变等方法,其中离体筛选尤显其优势性,但也有不少问题有待解决,如能通过离体培养定向地筛选出雄性不育系及雄性不育突变体,无疑将大大提高工作效率,此外,对影响离体筛选雄性不育突变体的因素进行了探讨。     

水稻雄性不育突变体ms102的鉴定和基因定位

水稻(Oryza sativa)隐性核雄性不育突变体是第三代杂交水稻技术的核心。为了挖掘优质雄性不育突变体, 该研究通过筛选优质籼稻黄华占(HHZ)的甲基磺酸乙酯(EMS)诱变突变体库, 获得1个雄性不育突变体ms102 (male sterility mutant 102)。该突变体营养生长正常, 但花药不开裂, 花粉败育。细胞学分析表明, 突变体花药绒毡层不能正常降解, 导致小孢子发育异常; 遗传分析表明, 该突变体的不育表型由1个已报道编码酰基转移酶的DPW2基因突变造成。研究获得了1个隐性核雄性不育突变体, 进一步证实了DPW2基因在水稻花药发育中的功能。     

大豆细胞核雄性不育基因研究进展

雄性不育是指植物雄蕊不能正常生长和产生有活力花粉粒的现象。利用雄性不育突变体开展杂交育种工作,是快速提高作物单产的有效途径。目前,通过杂种制种已大幅度提高了水稻(Oryza sativa L.)、玉米(Zea mays L.)和小麦(Triticum aestivum L.)等作物的产量。大豆(Glycinemax(L.)Merr.)作为自花授粉作物,通过人工去雄生产杂交种子不仅困难而且经济上不可行。由于适用于杂交种生产的不育系资源短缺,目前大豆还没有实现大规模杂种优势利用。因此,快速实现大豆杂种优势利用迫切需要鉴定稳定的大豆雄性不育系统。本文总结了大豆细胞核雄性不育(genic male sterility, GMS)突变体及不育基因研究进展,同时结合拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻和玉米中已报道的细胞核雄性不育基因,从反向遗传学的角度,为大豆核雄性不育基因的鉴定提供依据。     

四倍体大白菜雄性不育系资源的创制

目前国内外对二倍体大白菜雄性不育系的创制已进行了深入的研究,利用雄性不育系技术育种已相对成熟,而四倍体大白菜育种仍以突破稔性、提高结籽率的自交系选育为主,四倍体雄性不育系的研究尚无相关报道.本研究通过从二倍体大白菜细胞质雄性不育系中筛选含新型甘蓝型油菜CMS基因的资源(CMS后36高)为不育源,依靠人工秋水仙素加倍,经...     

作物雄性不育性在育种中的应用概评

概述总结了作物雄性不育性的类别与遗传特点。雄性不育性的遗传机理涉及细胞质遗传的现象,目前已初步探明玉米C群不育系的胞质基因可能是atp6-c,芝麻不育胞质基因拟为atpA。雄性不育化杂交种在实践中主要应用于玉米、水稻和蔬菜中。尽管现有近交理论、DNA甲基化效用、水稻胞质与核不育系遗传等理论提出,雄性不育化育种的基本理论尚需进一步探讨。在雄性不育化育种技术上,要逐步解决难点作物,如小麦、荞麦、菜豆等的不育化育种问题。     

利用改进的MutMap方法克隆水稻雄性不育基因

通过对籼稻黄华占EMS(甲磺酸乙酯)诱变, 筛选得到一隐性核不育的水稻雄性不育突变体osms55, 遗传分析表明该突变体为单基因控制的隐性核不育, 采用高通量的Illumina Infinium iSelect SNP(50 K)芯片检测技术鉴定该突变体的遗传背景, 确认该突变体的遗传背景与黄华占一致。文章利用改进的MutMap方法成功克隆该雄性不育基因, 突变位点与突变表型的共分离分析表明LOC_Os02g40450(MER3)是控制osms55突变体雄性不育的基因, 该基因的剪切识别位点发生变异后导致剪切异常, 造成第5外显子缺失15个碱基, 从而产生雄性不育。改进的MutMap方法无需精确组装的野生型基因组序列作对照, 而是通过将定位群体中有突变表型植株的DNA pool和野生型植株DNA的重测序结果分别与日本晴参考基因组进行比对, 然后再比较突变体和野生型的差异SNP来确定候选基因, 该方法大大降低了野生型基因组测序和组装成本, 进一步扩大了MutMap方法的应用范围。     

应用水稻基因芯片分析小麦光温敏核雄性不育系的基因差异表达

小麦光温敏雄性不育系是二系法杂交小麦应用技术体系的核心与基础,其育性严格受光周期和温度控制.了解光温敏雄性不育机理将促进二系法杂交小麦育种技术的应用和发展,而筛选控制不育的关键基因是揭示光温敏雄性不育分子机理的前提.由于小麦基因组信息有限,根据小麦与水稻有较高同源性,尝试利用水稻基因组芯片筛选小麦光温敏雄性不育系BS366冷胁迫响应基因.得到9个差异表达基因,这些基因参与基因表达调控、胁迫应答、信号转导、代谢等重要生命过程,为解析小麦光温敏雄性不育机理提供了有益信息.利用雄蕊cDNA半定量PCR法验证表明,NADH（nicotinamide adenine dinucleotide hydrate）脱氢酶亚基4L、锌指富含DHHC（deaf/hard of hearing connection）结构、线粒体物质运输蛋白、外被体蛋白COPⅠδ（coat proteinⅠδ）亚基和ABC（ATP-binding cassette）转运蛋白5个基因,在低温和对照温度下表达存在明显差异,可作为育性相关候选基因开展下一步研究.     

拟南芥雄性不育突变体ms1142的遗传定位与功能分析

经EMS诱变野生型拟南芥（Arabidopsis thaliana）群体筛选得到一株雄性不育突变体ms1142,突变体的果荚短小,不含种子。细胞学观察和扫描电镜结果表明,突变体花药发育过程中,花药中小孢子外壁异常、破裂,最后没有花粉形成。遗传分析表明,该突变体为隐性单核基因突变所致;利用图位克隆的方法将MS1142基因定位于第1条染色体的BAC克隆F16P17上44kb区间内,目前尚未见该区间内有雄性不育基因的报道。以上结果结合生物信息学分析表明,MS1142是一个新的调控花药发育的关键基因。该工作为花药发育关键基因MS1142的克隆及功能分析奠定了基础。     

水稻配子体,孢子体细胞质雄性不育系线粒体体外翻译产物的分析

对水稻配子体细胞质雄性不育系粤泰Ａ,保持系粤泰Ｂ,Ｆ１代泰优２号和孢子体细胞质雄性不育系珍汕９７Ａ,保持系珍汕９７Ｂ,Ｆ１代汕优６３及另一种孢子体细胞质雄性不育系马协Ａ,保持系马协Ｂ,Ｆ１代马协６３的黄化苗线粒体离体翻译产物进行ＳＤＳ－ＰＡＧＥ分析。结果表明：粤泰Ａ的线粒体比粤泰Ｂ,泰优２号少合成２条多肽,Ｂ与Ｆ１的带型相近,Ａ特异合成４０．７ｋＤ多肽;     

拟南芥雄性不育突变体ms1502的遗传及定位分析

通过EMS诱变、背景纯化与遗传分析,从拟南芥（Arabidopsis thaliana）中筛选到了一棵隐性单基因控制的雄性不育突变体ms1502。细胞学观察发现,突变体在小孢子从四分体释放出后花药绒毡层过早衰亡,小孢子的内容物不正常地凝聚,最终无法形成正常的花粉粒。利用图位克隆的方法对该基因MSl502进行了定位,结果表明MS1502位于第4条染色体上分子标记F25124和T12H20之间105kb区间内。目前该区间内尚未见到花药发育必需基因（不育基因）的报道,因此MS1502是一个控制花粉发育的新基因。     

植物细胞质雄性不育系育种的反向核置换技术分析

通过不育细胞质为选择背景,在田间事先鉴定出杂种后代的优异完全不育株,用花药培养或诱导孤雌生殖使其纯合,测定其配合力,可以筛选到优良的目标不育系。以下3种方法则可能通过目标不育系而获得其同型保持系：一是通过体细胞变异(花药培养)产生;二是在不育系孕穗期高温或低温处理使其转换成可育,选择仍具有不育保持能力的作为保持系,或作为轮回亲本,将其细胞核换到可育细胞质中;三是用原生质体融合的方式向不育系导入已杀死细胞核的可育细胞质而获得配套保持系。它可以使杂种优势利用变得有预见性,可能提高现有杂种优势水平。在创造雄性不育新质源,排除微效可育基因,进行不育系的定向改造,选育高配合力不育系,以及加速育种进程等方面具有重要价值。     

Developing disease‐resistant thermosensitive male sterile rice by multiplex gene editing

High-quality and disease-resistant male sterile lines have great potential for applications in hybrid rice breeding. We introduced specific mutations into the TMS5, Pi21, and Xa13 genes in Pinzhan intermediate breeding material using the CRISPR/Cas9 multiplex genome editing system. We found that the transgenefree homozygous triple tms5/pi21/xa13 mutants obtained in the T1 generation displayed characteristics of thermosensitive genic male sterility(TGMS) with enhancedresistance to rice blast and bacterial blight. Our study provides a convenient and effective way of converting breeding intermediate material into TGMS lines through multiplex gene editing, which could significantly accelerate the breeding of sterile lines.     

提高光敏感雄性不育水稻花粉单倍体育种效率及不育花粉植株育性转换特点的研究

比较了(光敏s/正常品种)F_1及F_2为供体亲本,对在花药培养时所获得的花粉植株中不育个体/全部花粉植株之比例的影响。结果表明,以F_1为供体亲本,在所获得的二倍体花粉植株(A_1)中,不育株(长日下)约占20%左右;而从F_2分离的不育株为供体亲本,相应的比例为90%左右。对获得不育的花粉植株而言,供体亲本经过F_2的选择,在花粉一代中可以提高育种效率3—4倍。指出,以培育光敏感雄性不育系为目的的花药培养,与一般育种之花药培养采用杂种F_1为供体亲本不同,不仅应对杂种F_2代在长日照条件下进行不育株的选择,而且应在短日照下对这种不育株作育性转换的双重选择。以这种个体作为花药培养的供体亲本,可以大大提高育种效率。 在长日照下表现不育的花粉植株的育性转换具多样性。来自同一组合的不育花粉植株在晚造(短日照)条件下,其花粉有的染色,频率高且稳定;有的虽然可变为染色,但频率不高或不稳定或二者兼有;有些却一直不为Ⅰ-KⅠ染色,或即使染色频率也在10%以下。这一结果与收集全国各地15个光敏核不育系在本昕同期种值条件下的反应十分吻合。这说明通过花药培养,从特定的组合培育出所需要的光敏/光温互作或温敏型的核不育系的可能性是存在的。     

水稻转座子突变体库的构建及突变类型的遗传分析

利用根癌农杆菌介导的遗传转化法,把玉米转座子Ac片段(合成转座酶)和Ds因子(转座序列)分别导入粳稻品种中花11,获得了400多个转化株系。有63个株系的转基因T₀代植株或T₁代植株出现了可见的形态变异,包括抗病、白苗、黄苗、白条斑叶、有色秆、矮秆、匍匐茎、雄性不育、抽穗早、抽穗迟、多倍体等突变类型。对突变性状的形态及分子生物学分析,有些突变类型可能与转座子插入有关。     

Use of tissue culture to bypass wheat hybrid necrosis

Summary Hybrid necrosis in wheat is a barrier to gene transfer in wheat breeding practice. It is based on two complementary genes, Ne1 and Ne2. Recovery mutants (Re1, Re2 and Re3) which can grow to maturity were recovered from immature embryo cultures of necrotic hybrids between T. aestivum and T. durum. Cytological observation demonstrated that Re1 had 34 chromosomes instead of 35. This indicated that one of the chromosomes carrying the Ne genes was lost. Genetic study suggested that for Re1, the lost chromosome was chromosome 5B of the durum parental line. Re mutants are male sterile but can be maintained through a young ear culture method. Re mutants could be successfully pollinated by either parental line and the BC1 progeny is partially fertile. Re mutants were repeatedly induced in about 1% of the regenerated plants from immature embryo culture. This technique provides a practical way to bypass hybrid necrosis.     

几个优良籼稻亲本品质性状的配合力和杂种优势分析

以3个不育系和10个恢复系为材料,采用NCII交配设计研究10个米质性状的配合力和杂种优势。结果表明：①大多数品质性状的量值介于双亲之间,除粒重表现一定的超亲优势、垩白度和粒宽表现一定的正向平均优势外,其他品质性状优势不明显。②杂种稻米的品质性状主要受不育系或恢复系的影响,其中粒长、粒宽和直链淀粉含量3个性状,不育系的影响要高于恢复系;而对于整精米率、粒重、垩白率、垩白度和糊化温度,则恢复系的影响要高于不育系。③就优质育种的利用价值而言,不育系以广占63-4S为好,恢复系以扬稻6号为好,R527、镇恢084次之,用上述亲本选配的杂交组合米质较好;恢复系特青、盐恢559表现为一般配合力效应低,特殊配合力方差小,优质育种利用价值不大。     

植物细胞质雄性不育系育种的反向核置换技术分析

通过不育细胞质为选择背景,在田间事先鉴定出杂种后代的优异完全不育株,用花药培养或诱导孤雌生殖使其纯合,测定其配合力,可以筛选到优良的目标不育系.以下3种方法则可能通过目标不育系而获得其同型保持系:一是通过体细胞变异(花药培养)产生;二是在不育系孕穗期高温或低温处理使其转换成可育,选择仍具有不育保持能力的作为保持系,或作为轮回亲本,将其细胞核换到可育细胞质中;三是用原生质体融合的方式向不育系导入已杀死细胞核的可育细胞质而获得配套保持系.它可以使杂种优势利用变得有预见性,可能提高现有杂种优势水平.在创造雄性不育新质源,排除微效可育基因,进行不育系的定向改造,选育高配合力不育系,以及加速育种进程等方面具有重要价值.     

应用灰色关联度分析影响水稻空秕率的生理因素

本文应用灰色关联度分析法,对水稻灌浆过程中穗部主要生理因素间的相关性及其对水稻空秕率的影响进行了分析．明确了各因素在影响水稻空秕率中的作用．为水稻高产栽培和新品种选育提供了理论依据．