湖北光感核不育水稻的发现、鉴定及其利用途径

1973年在湖北发现了一株不育水稻,它在长日照条件下不育,在短日照下则可育。经鉴定,它的不育性是受一对对光照长度敏感的隐性雄性不育主基因控制,是在植物界首次被发现,是生理遗传的典型例子;用于理论研究有很大的科学价值,作为杂种优势利用,可以在短日照下自交繁殖,在长日照下杂交制种,一般粳稻品种都可以作为父本使用,杂种一代在任何生长季节下都能发挥其增产作用。这株水稻被命名为“湖北光感核不育水稻”,这个对光照长度敏感的隐性雄性不育基因被命名为msh。     

新版教材中问题解答3则

1　什么叫两系法杂交水稻我国是世界上第 1个将杂交优势应用于水稻生产的国家。袁隆平于 196 4年开始水稻杂交优势的应用研究 ,于 1973年实现籼型三系 (不育系、保持系和恢复系 )配套 ,而两系法杂交水稻中的不育系则是一种光敏型核雄性不育类型。所谓光敏型核雄性不育是指雄蕊育性对光照敏感 ,在夏季长日照下表现为雄性不育 ,在秋季短日照下雄性又可育。有研究表明 ,在短日照下光感核不育基因不表达 ,但在穗分化期的任何阶段给予长日照 ,该基因即可表达 ,只有从第 2次枝梗原始体分化期开始 ,持续给予长日照花粉才彻底败育 ,由此可见从第 2次…     

ADH在光敏感核不育水稻中反应特征的研究

乙醇脱氢酶(ADH)活性在湖北光敏感核不育水稻(HPGMR)幼穗发育的育性诱导阶段对光周期反应非常敏感。此时,在短日照或远红光处理的条件下,乙醇脱氢酶同工酶AdhII活性高,湖北光敏感核不育水稻原始不育株农垦58雄性可育;在长日照或红光间断长暗期的条件下,AdhII活性陡降,表现雄性不育。因此认为AdhII与湖北光敏感核不育水稻育性转换有关,可能是它参予了育性基因表达的调控作用。     

水稻光(温)敏核不育系与核质互作不育系的遗传关系剖析

1991─1992年,分析了7个光(温)敏核不育系与15 个核质互作不育系杂交F1及部分F2植株在长日照和短日照条件下的育性表现,结果清楚地表明,有些光敏核不育系能够保持核质互作不育系的雄性不育性,有些光(温)敏核不育系则能够恢复或部分恢复; 有些光敏核不育系对某一核质互作不育系具有保持能力,对另一核质互作不育系则具有恢复能力; 并初步推测光(温)敏核不育基因与核质互作不育基因是独立发生的,当核质互作不育系中细胞质和细胞核的隐性不育基因一起作用时,能够掩盖光(温)敏不育基因及其育性恢复基因的表达。     

具野稻细胞质的胞质型雄性不育系的体细胞克隆变异II.体细胞克隆温敏核不育突变

在胞质型水稻雄性不育系IR66707A和IR69700A经离体培养而获得的136个体细胞克隆中,发现了温敏核不育突变5例。这类突变体在广州地区的自然气候下,早季至晚季前期表现为不育,晚季后期表现为可育。盛夏,在幼穗发育至花粉形成阶段对部分突变材料进行短日照处理,发现对短日照敏感的不育系农垦58S转换为可育,而供试的5例突变及另一对照培矮64S却与未经处理的材料一样仍表现为不育,表明它们的育性与日照长度的变化无关。在同一发育时期进行低温处理的结果显示,低温处理10d及10d以上者可发生育性转换,自交结实率在17.23%-42.19%之间,而未经处理的材料仍然表现不育,表明它们的育性转换与温度有关。以正常品种为父本与突变体杂交,F1全部为可育;F2可育与不育个体的分离比为3:1;以F1为父本与之测交,TF1代中可育与不育个体的分离比为1:1。遗传分析表明,这种温敏核不育突变为一对隐性核基因所控制。获得了由胞质型雄性不育变为胞核型雄性不育的突变体,这在体细胞克隆变异领域中是一种典型的突变。     

具野稻细胞质的胞质型雄性不育系的体细胞克隆变异Ⅱ.体细胞克隆温敏核不育突变

在胞质型水稻雄性不育系IR66707A和IR69700A经离体培养而获得的136个体细胞克隆中,发现了温敏核不育突变5例。这类突变体在广州地区的自然气候下,早季至晚季前期表现为不育,晚季后期表现为可育。盛夏,在幼穗发育至花粉形成阶段对部分突变材料进行短日照处理。发现对短日照敏感的不育系农垦58S转换为可育,而供试的5例突变及另一对照培矮64S却与未经处理的材料一样仍表现为不育,表明它们的育性与日照长度的变化无关,在同一发育时期进行低温处理的结果显示,低温处理10d及10d以上者可发生育性转换。自交结实率在17.23%-42.19%之间,而未经处理的材料仍然表现不育,表明它们的育性转换与温度有关,以正常品种为父本与突变体杂交,F1全部为可育;F2可育与不育个体的分离比为3：1,以F1为父本与之测交,TF1代中可育与不育具体的分离比为1：1。遗传分析表明,这种温敏核不育突变为一对隐性核基因所控制,获得了由胞质型雄性不育变为胞核型雄性不育的突变体。这在体细胞克隆变异领域中是一种典型的突变。     

水稻光温敏不育基因研究概况

光温敏雄性核不育水稻的花粉育性受日照长度或温度的调控,在长日、高温条件下表现不育,短日、低温条件下表现可育.水稻这一特性的发现使得人们可以利用其进行‘两系法'杂交稻育种来补充传统的‘三系法'杂交育种体系.水稻光温敏核不育基因的研究对于'两系法'杂交稻育种的利用研究至关重要.主要对光温敏核不育基因的遗传规律分析、基因的定位研究进展以及DAN分子标记在基因定位中的应用等方面进行了综述.     

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。     

光敏胞质雄性不育小麦育性转换期叶片中NAD激酶和NADP磷酸酶的变化

由光敏感胞质雄性不育小麦育性转换敏感期叶片中NAD激酶和NAD磷酸酶的活性变化表明：在长光照（LD）处理下,光敏胞质雄性不育小麦（牡山羊草）白皮224在光敏感期,叶片中的NAD激酶总活性和钙调素非依赖性NAD激酶活性高于短日照处理。钙调素依赖NAD激酶则相反,在短日照（SD）条件下,其活性明显地高于LD处理。不育系在长日条件下钙调素依赖性和非依赖性NAD激酶活性的比例也发生了变化,其钙调素依赖性活性逐渐被钙调素非依赖性活性所取代。而可育系核供体白皮224在不同光照条件下,这类酶活性无明显的差异。至于NAD磷酸酶的活性变化,无论是光敏小麦成核供体白皮224在LD和SD下均呈下降趋势。     

光照强度对温光敏细胞核雄性不育小麦育性的影响

以具有低温不育、高温可育特性的温光敏细胞核雄性不育小麦C412S和C404S为材料,以其回交转育亲本、育性正常的C412和C404为对照,用人工气候箱研究了光照强度对温光敏细胞核雄性不育小麦育性表达的影响。结果表明,在低温条件下(日温8℃/夜温6℃),C412S和C404S在不同光照强度(160μmol/m2.s和300μmol/m.2s)下自交结实率都为0,表现为完全不育。在较高温度条件下(日温18℃/夜温14℃),从花粉母细胞形成期到开花期的光照处理,C412S在160μmol/m.2s弱光照下的自交结实率仅为5.4%,表现为高不育,在300μmol/m2.s较强光照下的自交结实率高达65.0%,表现为高度可育;而另一不育系C404S在2种光照强度下的自交结实率分别为69.9%和73.2%,都达到了高度可育水平。表明光照强度对温光敏细胞核雄性不育小麦的雄性育性表达具有重要影响,但不同材料对光照强度的响应程度有所差异。     

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

比较了（光敏 s/正常品种）F1及F2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F1为供体亲本,在所获得的二倍体花粉植株（A1）中,不育株（长日下）约占20％左右;而从F2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F2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F1为供体亲本不同,不仅应对杂种F2代在长日照条件下不育株的选择,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仍多样性,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 染色,但频率不高或不稳定或二者兼有;有些却一直不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所同期种植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。     

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。     

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。     

小麦中雄性不育同源序列的分离、鉴定及表达分析

利用拟南芥中已克隆的雄性核不育基因MS2和水稻中假定雄性不育蛋白的保守区域,设计一对简并引物,并在太谷核不育小麦可育株及不育株花药中进行扩增,得到了一条134bp的片段。以该片段为基础,通过电子延伸得到一个长为1604bp的序列,该序列编码的氨基酸包含一段由200个氨基酸组成的雄性不育保守区。RT-PCR结果表明,该雄性不育同源序列只在小麦可育花药中表达,而在小麦败育花药、叶片和根中不表达,说明该雄性不育同源序列为花药发育特异基因。     

基因工程雄性不育烟草及其温度敏感性

将含有抗溴苯腈基因bxn和雄性不育基因的重组载体pTA29-Barnase/bxn导入农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)后转化烟草(Nicotiana tabacum L.),得到33个转基因植株。在27℃/23℃培养的16株中,有7株表现部分不育,另9株全部可育。而在20℃/15℃培养的17株中,12株表现不育,5株表现部分不育。部分不育的植株上同时开放可育花朵和不育花朵,不过其中的不育花朵中的花粉萌发活力很低。将在20℃/15℃条件下表现不育的12个不育株从20℃/15℃温室移至27℃/23℃温室后30d左右,其中9株表现程度不同的育性恢复现象:5株表现部分可育,另4株表现完全可育;但仍有3株表现雄性不育。雄性不育花朵的花丝变短,花药皱瘪,不散粉。细胞学观察证明,转基因植株的花药绒毡层降解提早于四分体时期,至单核小孢子时期降解殆尽。     

水稻感光性和光敏不育性的发育遗传关系

在人工气候室控制的光长与温度下,用光敏不育系7001S与早中熟粳稻(Oryza sativa ssp,japoni-ca)感光性弱的“秋光”、“有芒早粳”和“CPSLO-l7”3个品种分别杂交,分析了杂种F_1、F_2植株育性与感光性的表现,以及两者的关系。结果表明:这3个组合的恢复亲本均属于具两对光敏不育的恢复基因的品种。F_1植株均倾向晚熟亲本,说明控制感光性强的基因属于显性。F_2植株在长日照下表现为不育株的感光性均倾向感光性强的亲本;且有不少不育株为晚熟超亲;在少数弱感光性的植株中没有不育株。说明光敏不育基因与感光性基因关系密切,可能两者有连锁关系,光敏不育基因要在感光性基因表达的基础上才能表达。     

水稻温敏核不育突变体0A15-1的育性表现及遗传学研究

水稻细胞质型雄性不育系IR69700A的幼穗经离体培养,获得一个体细胞克隆突变体0A15-1。经短日照和低温处理表明,0A15-1具有在高温下不育和低温下转为可育的特性,是一例温敏不育突变体。花粉染色显示0A15-l属于典败型不育。通过与明恢63、优B和广陆矮等多个父本的杂交,其F2和BC1群体的育性分离比都揭示0A15-1的不育性状受一对隐性核基因控制,并且为孢子体型雄性不育。该新种质可以用于对相关温敏核不育基因进行分子标记及用于两系法生产杂交水稻。     

植物隐性核不育材料姊妹交后代的育性分离模式

植物隐性核不育材料姊妹交后代的育性分离模式王山荭,杨丽,刘秉华（中国农业科学院作物育种栽培研究所北京１０００８１）植物雄性不育是由于遗传、环境或理化因素引起的雄性器官退化、发育不良或花粉败育而不能行使正常生殖功能的现象。细胞核基因控制的雄性不育性,即...     

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。     

光（温）敏核雄性不育水稻在广州的育性表现及光温反应特性研究

对１２个光（温）敏核雄性不育水稻在广州的育性测定表明：１２个不育系在夏季都有一个不育期,但不育性稳定程度不尽相同,以Ｗ６１１１ｓ和Ｗ６１５４ｓ育性波动较大．其中９个不育系在早晚季各有一个长短不一的可育期,ＫＳ—９仅见第二可育期,ＫＳ—１４则未见可育期．在晚季,７００１ｓ,Ｎ５０８８ｓ,农垦５８ｓ和８９０２ｓ可育恢复较好,可育期明显,而其余７个不育系仅能部分恢复正常．光温处理表明：７００１ｓ,Ｎ５０８８ｓ,８９０２ｓ,农垦５８ｓ和８９１２ｓ为光敏型,长日条件下不育性受温度影响不大,但短日条件下不育性恢复程度与温度有一定关系．Ｗ６１５４ｓ和Ｗ８０１３ｓ,培矮６４ｓ,ＫＳ—１４和ＫＳ—９为温敏型．Ｗ６１５４ｓ和Ｗ８０１３ｓ转育起始温度在２４—２７℃间,ＫＳ—１４和培矮６４ｓ则在刀一２４℃间．