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。     

玉米CMS分子生物学研究进展

本文对玉米CMS研究已获得的、并为普遍接受的分子生物学研究结果进行了粗略总结;对近年来在玉米细胞质雄性不育育性相关核基因的分子标记定位、克隆及辅助选择,育性相关胞质基因的克隆与表达方面的研究进展进行了简要概述;我们认为在今后一段时期,玉米CMS研究将着重围绕核不育基因的克隆及表达模式、线粒体功能基因组、育性相关胞质基因与核育性基因相互作用等方向进行研究,以期阐述玉米CMS的形成机理。 Progress of Molecular Biology of CMS in Maize ZHANG Zu-xin,ZHANG Fang-dong,ZHENG Yong-lian National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China Abstract:In the paper,we have summarized the molecular biological accomplishment acquired and accepted by most of maize researchers on CMS of maize.A brief review of current molecular biological progress of CMS of maize are displayed in the paper.These progresses concern in the positioning,cloning and maker-assisted selection of nucleic genes associated with fertility,expression and cloning of cytoplasmic genes associated with male sterility,In order to elucidate the molecular mechanism of CMS of maize,the areas about cloning and expression profiling of male sterile nucleic genes,and functional genomics of mitochondria,and interaction cytoplasmic genes with nucleic genes will need to be researched in the future. Key words：maize(Zea mays L.);CMS;mtDNA;gene associated with fertility     

在杂交作物分子育种中利用普通核雄性不育的几个可能途径

由一对隐性基因控制的普通核雄性不育性遗传方式能够满足对植物最佳雄性不育系选育的要求,是水稻等作物杂种优势利用的极好遗传工具。如果能解决其不育系繁殖问题,将优于现有的其他杂种优势利用方式。克隆出普通核雄性不育性的可育基因,通过叶绿体转化,将核雄性不育性可育基因向普通核雄性不育株细胞质转移,创造普通核雄性不育株的保持系;通过种子成熟后表达的启动子;和以位点特异性重组技术为基础的基因开关以及化学诱导启动子的利用,都可能繁殖出100％不育株率的普通核雄性不育系,创造普通核雄性不育性利用的新途径,对植物杂种优势利用产业有十分重要的意义。     

玉米S型CMS线粒体DNA R区双向转录模式及其与不育相关性

玉米(Zea mays L.)S型CMS胞质育性基因被认为与其线粒体DNA高频重组R区相关.R区含orf355和orf77两个开放阅读框,其中orf77被认为是重要的胞质候选基因.RT-PCR分析发现R区为双链转录.其中一条为orf77-orf355的模板链,它的转录受植株核育性基因及生长发育时期的影响,在S(rf3rf3)(不育)基因型材料的黄化苗、S(Rf3-)(恢复)基因型材料的黄化苗及雄穗中,RT-PCR检测到这条模板链上R区的转录本完全相同,但S(rf3rf3)(不育)基因型材料雄穗的转录本则与上述三者不同,其转录本在5'端缩短了近238 b的长度.R区的另一模板链与coxⅠ或coxⅡ基因的模板链毗连,转录方向相同,这条链的转录不受核基因型和生长发育时期的影响,不育和恢复基因型材料的黄化苗及雄穗中的转录本完全相同.将orf77进行体外表达,制备抗体后对线粒体蛋白质进行Western杂交分析,未能检测到R区中ORF77蛋白质或多肽.推测orf77无翻译产物而且这可能与R区的双链转录有关.RT-PCR及Western分析结果表明玉米CMS-S可能与R区5'端DNA的转录调控相关.     

在杂交作物分子育种中利用普通核雄性不育的几个可能途径

由一对隐性基因控制的普通核雄性不育性遗传方式能够满足对植物最佳雄性不育系选育的要求,是水稻等作物杂种优势利用的极好遗传工具。如果能解决其不育系繁殖问题,将优于现有的其他杂种优势利用方式。克隆出普通核雄性不育性的可育基因,通过叶绿体转化,将核雄性不育性可育基因向普通核雄性不育株细胞质转移,创造普通核雄性不育株的保持系;通过种子成熟后表达的启动子;和以位点特异性重组技术为基础的基因开关以及化学诱导启动子的利用,都可能繁殖出100%不育株率的普通核雄性不育系,创造普通核雄性不育性利用的新途径,对植物杂种优势利用产业有十分重要的意义。     

油菜细胞质雄性不育与育性恢复机理的研究进展

油菜细胞质雄性不育不仅是研究核质互作的理想材料,同时也是杂种优势利用的最有效方式之一。目前对油菜细胞质雄性不育的研究主要包括不育基因的来源、不育基因的结构特征、不育基因的作用机理以及育性恢复的分子机制等。对目前国际上主要的油菜细胞质雄性不育类型(pol CMS、nap CMS、kos CMS、ogu CMS和tour CMS)在分子水平上的研究进展进行了综述。包括线粒体不育基因相关区域的确定和结构特点,不育形成的分子机理以及恢复基因的定位和作用机制等。     

空间环境诱发玉米细胞质雄性不育突变体的遗传分析

从返回式卫星"实践八号"搭载的08-641和18-599两份玉米自交系后代选育出3份雄性不育突变体,在不同地点、不同年份、不同季节进行种植观察,鉴定其育性表现,通过测交、反交及回交对不育性状的遗传特性进行分析。结果表明:3份不育突变材料均能稳定遗传,属可遗传的细胞质雄性不育类型。恢保关系测定和特异引物PCR扩增结果显示,3份不育材料均属玉米C型细胞质雄性不育类型,但3份不育材料在恢保关系上存在一定差异,推测它们可能分别属于玉米C型细胞质雄性不育的不同亚组。这些不育材料的发现,丰富了雄性不育胞质的遗传基础,在玉米不育化制种中具有一定应用价值。     

植物细胞质雄性不育性与育性恢复的分子生物学研究进展

植物细胞质雄性不育性与育性恢复的分子机理一直是分子生物学的研究热点。文章综述了近十年来的主要研究进展。包括：1、线粒体不育相关区域的确定及其特点;2、不育相关区域的表达谱;3、产生细胞质雄性不育的可能机理;4、恢复基因的可能调控方式;5、恢复基因的遗传、定位及其特征等。拟兰芥、水稻等模式植物线粒体基因组测序工作已经完成,其有关生物学信息及后续研究将极大地推动植物细胞质雄性不育研究取得更快进展。     

首例航天诱变玉米雄性不育突变体的遗传分析

将卫星搭载处理后代所得到的玉米雄性不育材料,在不同地点、不同年份、不同季节进行种植观察;从田间和室内对育性表现的稳定性进行鉴定。通过正交和反交对不育株的所属类型进行分析,结合自交、回交分析其遗传特点。结果表明,该不育材料的雄穗无任何花药外露,花药内无花粉粒,败育彻底,育性表现稳定,是一个由隐性单基因控制的可遗传的“无花粉型”核不育。     

玉米隐性核不育突变体ms14的遗传分析与基因定位

玉米雄性不育材料是一种宝贵的种质资源,不育基因的遗传分析与定位研究对玉米分子育种和杂种优势利用具有重要价值。通过对从美国引进的玉米雄性不育突变体材料ms14进行雄花育性鉴定和花药I₂-KI染色,表明该突变体是无花粉型雄性不育;通过不育突变体ms14与正常自交系郑58、昌7-2杂交获得F₁,然后自交构建两个F₂遗传分离群体（ms14×郑58和ms14×昌7-2）,并进行雄花育性调查、数据统计和遗传分析,发现可育株数与不育株数的分离比是3∶1,表明该突变体由隐性单基因控制;通过SSR等分子标记与不育位点的连锁分析,将ms14基因定位在玉米第1染色体的SSR标记umc2025和umc1676之间,遗传距离分别是2.2cM和0.3cM。对玉米不育基因ms14的遗传分析和初步定位,为该基因的精细定位和克隆、不育机理的解析及其产业化应用奠定了基础。     

小麦K型及V型细胞质雄性不育系线粒体DNA的比较分析

采用RFLP（restrictionfragmentlengthpolymorphism）和RAPD（radomlyamplifiedpolymorphicDNA）技术对具有相同核遗传背景的小麦K型不育系K149A、V型不育系V149A及相应保持系149B的线粒体DNA进行了比较分析。结果表明它们之间线粒体DNA的结构显著不同,atpA,atp9,coxII,cob等线粒体功能基因有组织结构上的差异。推测线粒体DNA是小麦K、V型雄性不育系胞质不育困子的载体。但由于不育系与保持系间线粒体DNA差异甚大,难以确定究竞哪些差异确与雄性不育有关。仅仅比较不育系和保持系间线粒体DNA的差异是限制本领域取得突破性进展的症结所在。基于“核质工作”的思路,把“雄性不育-育性恢复”作为一个整体来考虑,并重视比较不育系和杂种F1代之间线粒体DNA的结构和表达的差异,所得结果对寻找和鉴定cms因子,进而阐明cms的形成机理有积极意义。     

水稻广亲和性遗传的再研究

水稻广亲和基因的利用是克服亚种间杂种不育性的重要途径。但在广亲和性的遗传上不同研究者的结论不尽一致。以3种有广亲和品种参加的三交组合为研究材料,研究了品种Ketan Nangka的广亲和性遗传。结果表明水稻亚种杂交F1同时存在着雄性不育和雌性不育,但雄性不育对小穗育性的作用大小因组合而异;无论是在雄性不育位点还是雄性不育位点上,Ketan Nangka均具有相对应的中性基因（广亲和基因）;广亲和性的遗传特点与所用的籼粳测验品种间的杂种不育性密切相关;S－5位点的广亲和基因遗传符合单位点孢子体－配子体互作模型。     

^60Co—γ射线诱导的小麦T型雄性不育系育性恢复突变

用~(60)Co-γ射线诱导小麦T型雄性不育系T小偃4号A、T郑引1号A均获得了农艺性状优良、恢复力强的恢复系。育性恢复突变是涉及一个或少数几个位点核基因的显性突变。利用性状优良的T型不育系诱导育性恢复突变是选育恢复系和发掘恢复源的有效途径。     

CCACA碱基序列是玉米CMS-S线粒体orf355-orf77转录本剪切识别位点

玉米S型细胞质雄性不育系（CMS-S）及其近等基因恢复系是研究核 质互作机制的重要遗传资源和理想模式体系．目前认为,CMS-S花粉败育是由其线粒体内细胞质不育基因orf355-orf77表达的毒性蛋白引起,而核育性恢复基因Rf3可通过引发orf355-orf77转录本的降解而解除其毒性作用,使花粉育性得以恢复．本研究采用Northern杂交和3′-RACE技术确定了orf355-orf77转录本的剪切位点,并发现在育性恢复的花粉中,orf355-orf77转录本被剪切成小片段之后聚合了poly(A)序列,推测这一过程加速了mRNA分子的降解,是育性恢复的关键环节．利用生物信息学方法分析了orf355-orf77转录本6个剪切位点的侧翼序列,发现在剪切位点下游10个碱基的位置均含有5′-CCACA-3′序列,推测该序列受到特定功能蛋白的识别,然后募集核酸内切酶对其进行剪切．研究结果可为揭示玉米CMS S育性恢复机理提供重要的理论依据．     

玉米细胞质雄性不育及其育性恢复基因的研究进展

玉米是杂种优势利用最成功的作物之一,采用细胞质雄性不育(CMS)进行玉米杂交种生产已成为杂种优势利用的有力工具。CMS是由于细胞质和细胞核的基因表达产物的不协调而产生的不育性,可被核基因组中的恢复基因恢复。根据育性恢复专效性,玉米CMS材料主要分为T、C和S三种类型。综述了这三种类型不育及其恢复基因的研究进展,分析了在不育化制种中的应用情况。     

光敏核不育水稻农垦58S 41 kD蛋白质的N—端序列分析

光敏核不育性受1对或2对或3对隐性主基因控制,这反应了光敏核不育特性遗传机制的复杂性。张端品等用形态标记法将农垦58S光敏核不育基因定位于第5染色体。胡学应和万邦惠用同工酶法以农垦58S/02428 F_2群体为材料,将光敏核不育基因定位于第6和11染色体;Zhang等用RFLP法以32001S/明恢63 F_2群体为材料将不育基因定位于第3和7染色体。这三种方法所得到的定位结果完全不同,综合起来,第3、5、6、7和11染色体均有光敏核不育基因的位点,由此结果可得出两种解释:1.光敏核不育性由多对基因、至少5对基因控制;2.上述定位方法均是以不育(可育)性状在F_2群体中的分离模式为依据,育性划分界线的不同将会造成分离群体中单株表现值的差异,从而影响定位结果的精确性;再者不同实验室使用的材料不一致,已知不同遗传背景和光温条件影响光敏核不育基因的表达。因此,染色体定位结果有待确证。光敏核不育基因在染色体上定位的复杂性和不一致在某种程度上影响了基因克隆和光敏核不育分子机制的研究。无论光敏核不育性的遗传机制如何复杂,上述结果     

我国发现的几种作物核不育基因及其在遗传育种研究中的价值

我国发现小麦显性雄性不育基因之后,又在水稻、谷子、亚麻上发现了显性雄性不育基因,并且还发现一个隐性基因控制的光敏感核不育水稻。这些核不育材料是宝贵的自然资源,在遗传育种研究中有重要价值。一、显性核不育基因及其应用显性核不育突变是一种罕见的自然现象,迄今人们只在棉花、马铃薯、小麦、油菜、水稻、谷子、亚麻等少数作物上发现过。太谷核不育小麦的发现和研究工作的深入,使育种工作者对显性核不育基因重要性的认识空前地提高了,它启发人们有意识寻找和鉴定新的核不育材料。     

谷子显性雄性核不育基因的发现与利用

植物界的雄性不育现象绝大部分都是由隐 性雄性不育基因控制的。1978年我们在澳大利 亚谷和吐鲁番谷的杂交后代中发现一份雄性不 育材料。从1978-1984年7个世代的遗传表 现为：和400个谷子普通品种杂交,其不育株 自由授粉、其不育株和分离出来的可育株杂交、 和原父回交,F,就出现育性分离,不育与可育的 比率都为1：1;其可育株后代育性不分离;其不 育株自交子一代育性分离,不育与可育的比率 为3:1。如此证明,这份雄性不育材料的不育 性是受显性雄性不育基因控制的。     

用同工酶鉴定太谷核不育小麦授粉后籽粒育性的初探

太谷核不育小麦系由显性雄性不育单基因(简称Tal)控制的杂合体,它的异交后代总是分离出不育株和可育株两种等比(1:1)的类型。为了探索显性雄性核不育的分子遗传机理,许多学者已对它进行了细胞学及生理、生化方面的研究:如小孢子不同发育时期的显微观察;不育株和可育株花药内游离氨基酸成份的比较分析及脯氨酸代谢上的变化;同工酶     

线粒体反向调控介导高等植物细胞质雄性不育发生机制

从高等植物细胞质雄性不育发生的基因调控网络角度出发, 综述了目前高等植物细胞质雄性不育的类型、不育发生相关线粒体因子及核恢复基因对线粒体因子的调控。同时, 结合课题组的研究探讨了线粒体通过可能的核质互作途径反向调控(mitochondrial retrograde regulation, MRR)核基因的表达介导雄性不育发生的分子机制。