植物细胞质雄性不育及其育性恢复的分子基础

植物细胞质雄性不育是广泛存在于高等植物中的现象,其表现为母性遗传、花粉败育,但雌蕊正常。细胞质雄性不育在杂交种子生产中起着重要作用,研究其分子作用机制有利于更有效地利用细胞质雄性不育。随着一些不育基因和恢复基因相继被克隆,人们对一些细胞质雄性不育和恢复系统的分子作用机理已经有一定了解。本文综述了近年来对植物细胞质雄性不育基因和恢复基因作用机理研究的进展。     

植物细胞质雄性不育及其育性恢复的分子基础

植物细胞质雄性不育是广泛存在于高等植物中的现象, 其表现为母性遗传、花粉败育, 但雌蕊正常。细胞质雄性不育在杂交种子生产中起着重要作用, 研究其分子作用机制有利于更有效地利用细胞质雄性不育。随着一些不育基因和恢复基因相继被克隆, 人们对一些细胞质雄性不育和恢复系统的分子作用机理已经有一定了解。本文综述了近年来对植物细胞质雄性不育基因和恢复基因作用机理研究的进展。     

水稻光敏核不育系的选育

湖北光敏感核不育水稻的发现,为两系杂交稻奠定了基础。农垦58S为晚梗型,经济性状不理想,直接利用于生产较困难,必须将光敏核不育特性转育到优良的籼、粳品种中,选育出符合生产要求的光敏核不育系,才有生产利用价值。光周期诱导水稻雄性育性转换特性是由1—2对主效基因控制的,可以通过杂交转育。自八十年代以来,湖北和全国的水稻遗传育种学家开展了水稻光敏核不育系的选育,到1991年止,由农垦58S为源的通过省级以上鉴定的水稻光(温)敏核不育系18个,其中籼稻10个粳稻8个,由光、温敏核不育系配制的两系杂交稻组合开始用于生产。     

水稻的雄性不育性及其在杂种优势中的利用

雄性不育性是植物界存在的普遍现象,雄性不育系在水稻杂种优势利用中起着重要作用.我国水稻杂种优势的利用经历了"三系法""两系法"和"第三代"杂交水稻的发展历程,该历程的实质就是水稻雄性不育系种子生产技术体系的发展.本文综述了细胞质雄性不育系、两用核不育系和隐性核不育系在我国水稻杂种优势利用中的研究进展,展望了水稻雄性不育...     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

YS型小麦温敏雄性不育系A3017育性相关基因的SSH分析

以人工气候箱控温条件下YS型小麦温敏不育系A3017的不育幼穗和可育幼穗为材料,分别构建了不育和可育条件下基因特异表达的抑制消减杂交cDNA文库.在两个库中分别随机挑选100个阳性克隆进行测序,经BLAST序列比对分析,共获功能已知的EST 78条.比较发现,不育条件下与细胞质相关的基因表达数量(63.4%)远高于可育条件下的基因数量(35.1%),参与蛋白质合成、蛋白质修饰/加工/储藏、转运和信号传递过程基因的比例也均高于可育条件下的,而参与能量代谢过程基因的比例则明显偏低.分析认为,在不育和可育条件下的基因表达差异可能是导致温敏雄性不育系育性变化的关键,这为进一步从分子基础上揭示YS型小麦温敏雄性不育系育性转换机制奠定了基础.     

从水稻同源三倍体中鉴定出无融合生殖种质TAR

水稻杂种优势的成功应用使水稻单产提高了20%,这主要得益于70年代初细胞质雄性不育系的发现和利用。但传统的三系法杂交水稻必须做到不育系、保持系、恢复系“三系”配套,选育程序和杂交种子生产环节较复杂,以致培育目标组合的周期长、效率低、推广环节多,同时种子成本高、价格贵[1]。80年代光敏核不育水稻以其“一系两用、配组自由”等优越性大有取代三系杂交水稻的趋势。但是,光敏核不育特性同时又受温度的调控,加之育性波动等缺陷使两系杂交水稻的研究和利用受到严重制约[2]。80年代后期,科技工作者开始探索利用无融合生殖固定水稻杂种优…     

K型温敏雄性不育系KTP116A育性转换规律的研究

基于两系杂交小麦系统的K型（Aegilops kotshyi）细胞质小麦温敏雄性不育系,在中国北方小麦正常生长季节表现完全雄性不育,可用于杂交小麦种子生产,在反季节播种表现育性部分恢复,是一类非常有利用价值的小麦温敏雄性不育系。本研究以小麦温敏雄性不育系KTP116A为材料,采用人工气候箱控温和涂抹法压片的方法对其育性转换的关键时期及败育的花粉发育过程进行更为精细的研究。研究发现,KTP116A可育环境下能正常进行减数分裂并发育为成熟花粉粒;不育环境下只有少数能经过第二次有丝分裂产生两个精细胞,大部分为二核期花粉粒、异常花粉粒和没有原生质体的空壳花药不开裂,自然条件下不散粉;KTP116A育性敏感期为两个时期,减数分裂期至单核早期和二核晚期至三核期,在自然条件下温度感应历期为10d左右;从小麦外部发育进程来看,抽穗前的2-8d和扬花前的3-5d为其敏感时期。这对于进一步研究败育的机理,分析败育的原因和更好的利用温敏不育系奠定基础。     

我国两系杂交小麦育种研究获重大突破

我国科学家在杂交小麦育种研究领域又获重要成果,由西北农林科技大学完成的国家和陕西省科技攻关项目“YS型小麦温度敏感雄性不育系创立及遗传特性研究”成果日前在陕西杨凌通过了陕西省科技厅组织的成果鉴定。刘大钧院士等与会专家一致认为:该项研究所创立的YS型温敏不育系不育性稳定,育性转换明显,育性转换临界温度高,适应我国小麦主产区生态条件,为小麦杂种优势利用开辟了新的途径。摘自《科学时报》2004年6月14日我国两系杂交小麦育种研究获重大突破     

利用生物技术创建主要作物雄性不育杂交育种和制种的技术体系

雄性不育技术在作物杂种优势利用和杂交种生产中发挥着重要作用。基于核质互作雄性不育的“三系法”与光温敏核不育的“两系法”已经在水稻等主要作物的杂交制种中获得了广泛应用,但是存在着资源利用效率低、育性不稳定、易受外界环境影响等诸多问题。近三十年来,利用生物技术创建不同类型的植物雄性不育系取得了一系列突破性进展。主要针对玉米、水稻、小麦三大作物的基因工程雄性不育技术的最新进展进行总结,特别详细地描述了本实验室最近研究创制的玉米多控不育技术体系,以期为相关研究和产业化应用提供技术参考。     

植物细胞质雄性不育及育性恢复研究进展

植物细胞质雄性不育是一种广泛存在于高等植物中的母性遗传性状。细胞质雄性不育不仅为研究核质互作提供了良好材料,同时也是植物杂种优势利用的重要基础,其分子机理是目前研究的重点。多种研究证据表明,线粒体基因与细胞质雄性不育密切相关。随着分子生物学和分子遗传学的不断发展,许多植物的恢复基因已经被定位和克隆,进一步阐明了植物细胞质雄性不育和育性恢复的分子机理。本文综述了近几年植物中细胞质雄性不育和育性恢复相关基因的研究进展,并探讨了细胞质雄性不育/育性恢复系统在育种方面的应用。     

大白菜细胞质雄性不育的分子生物学研究

细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)是作物杂种优势利用的一 条重要途径。对其机制的研究不仅具有重要的理论意义,而且具有重要的应用价值。对大白菜而言,利用CMS最关键的环节是要育成不育系和其相应的保持系。利用不育系和其它材料杂交产生F1代种子;用不育系和保持系杂交来繁殖不育系;保持系自交繁殖种子。但采用常规的方法来选 育不育系和其相应的保持系周期长、见效慢,远不能满足生产发展的需要。现代生物技术为创造新的不育系和保持系提供了便利。本论文对大白菜细胞质雄性不育的分子机理和 RAPD分析的有关问题进行了研究。     

主要农作物细胞质雄性不育系育性恢复基因研究进展

提升作物产量、抗逆性和品质的主要手段之一是利用杂种优势,其中细胞质雄性不育/恢复(CMS/Rf)系统是应用最广的雄性不育系统。研究细胞质雄性不育系育性恢复机理是"三系"法选育的重要分子遗传学基础。目前,各个作物已经创制了不同类型的不育系。随着分子技术、基因组学和测序技术的深入,大量育性恢复基因已被定位,且部分已被克隆和功能鉴定。针对主要作物中恢复基因的遗传模式,分子标记定位、克隆及CMS/Rf系统在杂交育种中的应用进行了系统总结。希望本文能为今后恢复系分子标记辅助选育,或利用转基因、基因编辑手段创制新恢复系提供思路。     

基因工程培育可恢复的植物雄性不育系的研究进展

植物雄性不育是植物杂种优势利用的资源, 具有重要的生产利用价值。植物雄性不育可从自然突变、人工诱变和远缘杂交中发现, 现在可通过细胞工程和基因工程等方法来创造。文章综述了利用基因工程方法制备雄性不育品系及其相应的育性恢复策略, 分为“单组分策略”和“双组分策略”。其中利用“单组分策略”制备的不育植株是条件型雄性不育(可逆转的雄性不育), 它能在特定的条件下实现雄性可育与不育的转换, 实践中可直接作为两用系(不育系和保持系)用于两系法杂交制种; “双组分策略”是利用基因互作和亲本杂交直接培育雄性不育系, 或利用基因互作原理分别研制不育系和恢复系, 用于三系法生产杂交种。文章分析了 “单组分策略”和“双组分策略”的基因工程方法培育雄性不育系及其相应育性恢复策略优缺点, 对以上两种技术路线在实际应用中的现状作了分析和展望。     

雄性不育在作物杂种优势中的应用途径分析

雄性不育是植物雄性细胞或生殖器官丧失生理机能的现象,该现象的利用大大提高了杂交种生产的效率。植物雄性不育包含细胞质雄性不育、不受环境影响的核雄性不育、光温敏型雄性不育及化学诱导的雄性不育。这些不育类型也已经被以三系或二系的方式应用于很多作物的杂交种生产中。综述了雄性不育各个途径的研究进展及其在作物杂种优势中的应用。