棉花细胞质雄性不育的研究与利用

棉花具有十分明显的杂种优势。杂交棉通常比常规棉增产15%左右,而且在纤维品质、抗病、抗虫、抗逆境和光合效率等性状上也有明显改良。在棉花杂种优势的利用中,最重要的环节之一是杂交种子的生产（制种）。目前,杂交棉制种常有四条途径,人工去雄授粉法制种、化学杀雄法制种、利用核雄性不育的“两系法”制种和利用细胞质雄性不育的“三系法”制种。生产实践表明,利用棉花雄性不育既可简化制种又可节省成本,特别是利用棉花细胞质雄性不育系、保持系和恢复系的“三系法”制种,可较有效克服其他制种方法的一些缺点,是最有效的途径。为此,文章在阐述棉花杂种优势利用途径的基础上,重点综述棉花细胞质雄性不育的遗传学、细胞学和生理生化的特点;深入阐述不育细胞质对杂种F₁的正/负效应,并就如何培育强恢复系的问题,以培育转GST的强恢复系为例,探讨克服不育细胞质对杂种F₁负效应的可能机制;根据棉花为常异花授粉作物和花器具有虫媒花特征的特点,详细介绍三系杂交棉制种的亲本（不育系和恢复系）选配、地点选择和环境优化等条件,以及如何综合优化这些条件提高制种产量的关键技术。利用棉花细胞质雄性不育的“三系法”制种,与其他作物比较,在杂种优势利用中具有4个突出的优点：（1）不育系为无花粉不育类型,育性不受气候等环境的影响,可保证杂种的纯度;（2）棉花开花期长达3个月,不存在制种时花期不遇的现象,制种产量有保证;（3）棉花生态适应性广,育成的组合可在各地种植,种子产业化效益明显;（4）可利用种间（海岛棉与陆地棉间）杂种优势。可以预言,基于细胞质雄性不育的三系杂交棉是大有前途的,将是棉花杂种优势利用的主要途径。最后,就本领域的发展趋势,特别是在利用现代生物技术培育新的不育系和恢复系方面进行了初步探讨。     

玉米细胞质雄性不育与恢复基因研究进展

玉米作为我国重要的粮、饲两用作物在保障粮食安全,推动社会经济发展和提供工业能源等方面扮演着关键的角色。细胞质雄性不育是高等植物中普遍存在的生物学现象,玉米细胞质雄性不育可以分为T型、C型与S型3种类型。不育基因来源于线粒体基因重排形成嵌合基因,新形成的嵌合基因对花药中小孢子的发育产生危害导致败育的发生。恢复基因的存在可以消除不育基因的危害,使小孢子正常生长。由于不育基因为线粒体基因,恢复基因为细胞核基因,对细胞质不育与恢复机理的研究同样是探究质-核互作关系的桥梁。同时对雄性不育系的利用是玉米利用杂种优势的一个重要技术手段,玉米生产上利用细胞质雄性不育对于作物杂种优势的利用、杂交种的制种都有重要意义,不但能够解放劳动力降低制种成本,而且提高了制种纯度增加产量。对玉米细胞质雄性不育的分类、特征及近年来发现的玉米细胞质雄性不育基因与育性恢复基因进行概述,并探讨了玉米细胞质雄性不育应用过程中的问题与发展前景,以其为细胞质雄性不育在生产上的推广利用提供参考。     

棉花细胞质雄性不育与育性恢复研究进展

棉花细胞质雄性不育在杂种优势的利用上具有重要的作用。利用棉花细胞质雄性不育和育性恢复系统突破了传统人工去雄杂交育种的瓶颈,为棉花杂交种制种的商业化推广展现了光明的前景。详细阐述了棉花细胞质不育系和恢复系遗传学的研究及利用,细胞质雄性不育相关线粒体基因、育性恢复基因相连锁分子标记的开发以及恢复基因的遗传精细定位,育性相关基因的克隆等方面的研究工作,提出了存在的问题,展望了今后工作的研究方向。     

玉米雄性不育系晋玉1A的选育及其特性

【目的】利用分子生物学和细胞学方法确定晋玉1A的雄性不育类型,鉴定玉米种质资源对该不育系的恢保关系,并测定其一般配合力和特殊配合力,为应用晋玉1A雄性不育系开展杂交育种工作提供依据。【方法】在海南乐东、山西晋中、忻州和运城,调查晋玉1A连续3年田间的育性;对晋玉1A与郑58的雄花、花药、花粉进行观察比较;对晋玉1A与昌7-2杂交F1代的花粉进行I2-KI染色观察;用专性PCR方法对晋玉1A的不育类型进行鉴定;以晋玉1A作母本,与158个自交系进行测配,对F1代进行田间育性调查,以筛查与之适配的恢复系与保持系;对以晋玉1A配制的可育杂交种F2代群体和BC1群体,进行育性调查;对晋玉1A及郑58与10个玉米自交系杂交F1代的籽粒产量性状进行一般配合力和特殊配合力分析。【结果】晋玉1A在以上4个地点,连续3年的田间不育性状保持稳定。晋玉1A与郑58的雄花外形相似,但其颖壳不开裂,花药不外露,无花粉散出。I2-KI染色表明,晋玉1A的花粉完全败育。对晋玉1A与昌7-2杂交F1代植株花粉的显微观察表明,64.4%的花粉粒能够被I2-KI正常染色,35.6%花粉粒败育,说明该不育系属于配子体不育类...     

Genetics of Fertility Restoration in Cytoplasmic Male Sterile Pepper

Pepper hybrid seeds production using male sterility could lower cost by reducing time and labour, and increase the genetic purity of the F1 seeds. To investigate the genetics of fertility restoration of the Peterson cytoplasmic sterility in pepper, a doubled haploid population of 115 pepper lines obtained from anther culture of the F1 hybrid between Yolo Wonder （sterility maintainer line） and Perennial （fertility restorer line） and the parental lines were test-crossed by 77013A （a strict cytoplasmic-genic male sterile line）. The fertility of the test-crossed lines was assessed in greenhouse and open field with the following three criteria： pollen index （PI, visual estimation of pollen amount per flower）, pollen number （PN, pollen counting under microscope）, and seed number （SN, the number of seeds per fruit in open pollination）. Correlations between the each couple of criteria within, as well as between the cultivation methods ranged from 0.55 to 0.84. Analysis of variance showed that the genotype （DH line） and environment were the significant sources of variation of the fertility. Narrow sense of heritance of fertility restoration ranged from 0.38 to 0.92, depending on the criteria and environment. The distribution of the progeny was continuous between the parental genotypes indicating the quantitative inheritance of fertility restoration. Inferred from segregation according to Snape et al.（1984）, the number of segregating genes was estimated to be that three to four genetic factors were involved in pollen traits （PI and PN） and five to eight genetic factors in seed production （SN）. The heredity analysis of the CMS will be helpful for understanding of the genetic mechanism of the fertility restoration and the exploitation of the CMS in hybrid seed production.     

棉花质核互作雄性不育与育性恢复的研究及利用现状

利用质核互作雄性不育系实现强优势组合三系配套是解决目前棉花杂交制种瓶颈,促进棉花杂种优势利用的有效途径之一。本文综述了棉花质核互作雄性不育与育性恢复的研究现状,介绍了棉花质核互作雄性不育系和恢复系的类型;在细胞学和分子生物学水平上探讨了质核互作雄性不育产生的机理,阐述了育性恢复的遗传方式、恢复基因的分子标记和遗传定位、恢复基因的图位克隆及三系杂交棉的研究进展;对三系杂交棉今后的研究方向进行了展望。     

油菜CMS育性不稳定的研究进展

受遗传因素和温度、光照、土壤肥力等环境因素的影响,油菜CMS的不育性状表现不稳定,不育度降低,出现少量或微量花粉,微粉在形态和功能上与正常花粉都有区别;油菜CMS育性的不稳定不但加大了不育系选育难度,而且会降低杂交种的纯度,影响杂种优势的利用;可通过大量筛选保持系,选择第二保持系,选育细胞核加细胞质不育系,利用化学杀雄剂,控制制种环境措施等来减少和消除不育系微粉的影响。关健词:油菜CMS;育性不稳定;进展     

棉花细胞质雄性不育研究进展

棉花具有十分明显的杂种优势,棉花细胞质雄性不育在棉花杂种优势的利用上具有重要作用。利用棉花细胞质雄性不育和育性恢复系统突破传统人工去雄杂交育种的瓶颈,为棉花杂交种制种的商业化推广展现了光明的前景。综述了近年来棉花细胞质雄性不育在细胞学、生理生化、分子生物学和育性恢复4个方面的研究进展。详细阐明了棉花细胞质雄性不育小孢子败育时期及细胞学形态、生理生化指标研究、胞内基因组和核内恢复基因的分子生物学研究和获得理想恢复系的方法,并提出了研究中存在的主要问题,展望了今后工作的研究方向。     

利用广亲和基因S5-n的功能标记鉴定特殊配组类型杂交种纯度研究

“粳不育系/广亲和恢复系”配组方式在浙江省得到了越来越多的应用。广亲和基因S5-n的功能标记可快速检测种子纯度。为验证水稻广亲和基因S5-n功能标记鉴定粳不育系/广亲和恢复系配组方式杂种一代的效果,我们分别将长粳1A和6个恢复系获得的F₁代进行大田统计和分子标记鉴定,结果显示,由于广亲和基因S5-n分子标记不能特异性检测出串粉形成的异形株,导致其鉴定结果较大田统计鉴定结果高1.0~2.0百分点。未来还需要进一步优化广亲和基因分子标记技术的特异性,进而提高分子检测的准确性,这将有助于杂交稻的安全生产。     

棉花细胞质雄性不育与育性恢复的研究与利用

对棉花细胞质雄性不育与育性恢复的研究现状进行了较为全面的综述。介绍了棉花细胞质雄性不育系、恢复系及“三系”杂种棉的选育进展,不育系花药的细胞学及其生理生化特征,细胞质雄性不育产生的分子机理,不育胞质对杂种一代的遗传效应。详细阐明了细胞质雄性不育恢复系的类型,育性恢复的遗传方式,育性恢复基因与育性增强基因之间的关系以及恢复基因的遗传定位。文中对“三系”杂种棉选育进展缓慢的原因进行了剖析,并从利用新的胞质不育类型选育优良不育系,聚合多个恢复基因和育性增强基因选育强恢复系,优化以蜜蜂为媒介的传粉体系等方面,探讨了“三系”杂种棉的发展对策。     

水稻不育系遗传提纯及其效果研究

 遗传提纯不育系的特点是通过对细胞质和细胞核的筛选，分离出纯合的个体，实现后代群体的高度一致性。提纯方法是通过连续割茬，检查不同环境条件下花粉育性和自交结实情况，以鉴别出不育度高而稳定的不育系和保持系的合格单株，保证不育系的高质量。在生产上使用结果表明，该提纯法可行，效果显著。     

Development of Japonica Male Sterile Lines Integrating Cytoplasmic Male Sterility and Photosensitive Genic Male Sterility

Acknowledgement It has been previously established that the BT type of cytoplasmic male sterility （CMS） is induced by high temperatures, while photosensitive genic male sterility （PGMS） seed sets by low temperatures induce. In the current study, we have bred photosensitive cytoplasmic male sterility （PCMS） lines （2308SA and 2310SA） by crossing the CMS line with the PGMS japonica line with maintainer genes. The sterility of PCMS japonica was consequently controlled by two groups of male sterile genes resulting from the integration of PGMS and CMS genes. The results on plant fertility, at different sowing times, were as follows： （a） Under conditions of natural long-day photoperiod and at temperatures above 35~C, the PGMS gene regulated PCMS japonica sterility - the higher the temperature, the lower the pollen fertility. However, bagged seed sets of PCMS japonica, not exposed to high temperatures, induced the CMS seed set. （b） Exposure to long-day photoperiod and temperature conditions between 35℃ and the critical sterility inducing temperature of PGMS resulted in both PGMS and CMS gene controlled sterility of PCMS japonica, which exhibited stable characteristics. （c） When exposed to critical sterility inducing temperatures or short-day photoperiod and daily high temperatures below 32℃, the BT type of the CMS gene regulated PCMS sterility. Under these conditions, the PGMS gene rendered male sterility insusceptible to occasional cool summer days when this PCMS line, adopted for hybrid seed production, develops into panicle differentiation stage. The present study also investigated the fertility restoration, seed production and combining ability of PCMS japonica so as to optimize its use.     

Establishment and Identification of Cytoplasmic Male Sterility in Brassica napus by Intergeneric Somatic Hybridization

Exploitation of novel cytoplasmic male sterility(CMS)is a main approach for widening the cytoplasmic genetic background of hybrid oilseed rape and avoiding epidemic risk in oilseed rape production.In this study,symmetric somatic hybrids between Brassicanapus var.Zhongshuang4 and Sinapis arvensis(Yeyou18)were produced by protoplast fusion.Two of the six established hybrids were male sterile showing trace or no pollen release upon flowering with non-or slightly extended stamens.Using Zhongshuang4 as a recurrent parent to pollinate the male sterile plants,the ratio of male sterile plants increased with the number of backcrosses.As early as in BC3 generation,most of the sterile families had nearly 100%sterile plants.Up to BC4 generation,the male sterility became stable and no fertility segregation was observed.All F1 progenies from tested crosses using restorer and maintainer lines of Polima CMS were 100%sterile,indicating that the established CMS by somatic hybridization is different from Polima CMS.The origin of the cytoplasm and potential use of this hovel CMS in oilseed rape breeding were discussed.Key wotds:Oilseed rape,Protoplast fusion,Cytoplasmic male sterility,Sinapis arvensis     

甘蓝型油菜细胞核+细胞质雄性不育系986A生育特性及制种技术研究

利用不育系986A和1141A与恢复系5900进行杂交制种，在设置不同行比和栽培技术的比较试验中，调查了不衣系986A的生育特性，初步研究了利用该不育系制种的技术，结果表明，不育系986A具有营养生长势强，抗塑性好，异交结实性高等优良特性；合理播期，初花期摘顶，终花后割除恢复系等措施是获得高产优质杂交种的关键技术。     

Inheritance of Fertility Restoration for Cytoplasmic Male Sterility in a New Gossypium barbadense Restorer

In order to clarify inheritance mechanism of fertility restoration for cytoplasmic male sterility （CMS） in a new Gossypium barbadense restorer line Hai R which was found in the fertility test crossing of G. hirsutum CMS lines with G. barbadense germplasms. 23 fertility segregation populations of F2 and backcross were used to analyze the inheritance of fertility restoring gene（s） of Hai R. The result showed that Hai R had one major dominant gene （RfB） to control the CMS fertility restoration and this fertility restoration gene functioned at the sporophytic level. The sterile cytoplasm background might not only influence the transmission rate of male gamete but also that of female gamete when the restorer gene was recessive. It could be deduced that this fertility restoration gene might come from G. harknessii cotton, Hai R is of value in the application of cotton interspecific hybrid breeding.     

玉米细胞质雄性不育机制研究现状

雄性不育是作物育种中利用杂种优势的主要途径,玉米是世界上最早利用雄性不育系生产杂交种的作物之一,利用雄性不育系生产玉米杂交种,可以节省劳动力投入,降低种子成本,减少去雄不彻底造成的混杂,提高种子纯度,充分发挥杂种优势的增产潜力。综述了玉米细胞质雄性不育的分类,败育的细胞学特征,败育机理,以及育性恢复研究进展。     

玉米C型细胞质雄性不育花药不同发育时期的转录组分析

【目的】通过分析玉米C型胞质雄性不育“三系”材料花药不同发育时期的转录组数据,以期阐明玉米C型胞质的不育和恢复机制,并解析不育基因与恢复基因之间相互作用的调控网络,为玉米C型细胞质雄性不育在不育化制种中的利用提供理论依据。【方法】以中国玉米生产上的骨干自交系豫自87-1为背景的C型胞质不育系、保持系、恢复系为材料,通过对3种材料减数分裂的前期Ⅰ、中期Ⅰ及末期Ⅱ（四分体）时期的花药进行转录组测序并利用hisat2、ballgown及DESeq2等工具进行生物信息学分析,寻找三系花药不同时期、相同时期不同材料间以及发育时序中差异表达的基因,预测C型胞质不育机制与育性恢复的调控网络;同时通过实时定量PCR对测序分析结果进行验证;通过酶活测定验证推测的C型胞质不育及恢复假说。【结果】所有材料的转录组测序共产生156.59 Gb的序列数据,比对并组装共得到53 035个基因;在恢复系与不育系、保持系与不育系以及“三系”花药不同时期之间共筛选出非重复差异基因5 676个,其中发育阶段差异基因4 705个,同时期材料间差异基因2 693个,发育时序差异基因135个。GO分子功能分析显示ATP和DNA结合相关的基因和锌离子结合基因得到高度富集;细胞组分中膜基本组分、核内及质膜内的基因得到富集;以DNA为模板的转录、转录调控、氧化还原及初级代谢等生物学过程中的基因得到富集。KEGG分析表明,差异基因主要富集于氧化磷酸化、碳代谢及糖酵解等能量代谢相关的途径中。不育系相对保持系而言,多个与氧化磷酸化相关的基因下调表达,而恢复系中不但相应基因的表达水平得到恢复,而且同时协调调节了同一能量代谢途径中的其他基因,定量分析显示差异基因的表达差异及趋势与转录组测序结果基本一致。ATP酶活结果表明不育系相比保持系,ATP酶活显著降低,恢复系中由于恢复基因的作用其活性得到大幅恢复。【结论】玉米C型胞质不育基因引起基因表达变化可能发生在减数分裂中期Ⅰ之后,末期Ⅱ之前;玉米C型胞质不育的形成可能是由于不育基因引起的能量亏损所致,而恢复基因则通过能量补偿促使育性得以恢复。     

小麦T型细胞质雄性不育系T9023A的选育及育性恢复研究

为了丰富T型杂交小麦的不育系和恢复系资源,以优质多抗小麦品种郑麦9023为轮回亲本,对T型小麦细胞质雄性不育系T504A连续回交选育不育系,研究其雄性败育特点,并进行恢复系鉴定和育性恢复的遗传分析。结果表明:回交转育获得不育系T9023A,其不育性稳定,雄性败育彻底,花药干瘪细长、不开裂,I_2-KI染色显示,花粉败育类型为圆败和典败。以具有野燕麦(Q型)细胞质的小麦品种川农26和川农27与T9023A测交,其测交F_1自交结实率(国内法)分别为80.3%和62.6%,川农26对T9023A的恢复能力更强一些。T9023A/川农26的F_2群体可育株与不育株分离比符合15∶1,表明川农26携带有T型细胞质雄性不育的2对主效恢复基因。     

核质互作不育和光敏核不育聚合的粳稻不育系选育

 针对粳型核质互作不育系高温自交结实和粳型光敏核不育系低温自交结实的现状,选择BT型核质互作不育系与含有BT型保持基因的粳型光敏核不育系,通过杂交和回交,使雄性核不育基因与核质互作不育基因聚合,育成了粳型光敏核质互作不育系2308SA和2310SA。该不育系的不育性是由两套相互独立的基因系统控制的,分期播种育性观察结果表明,在长日高温下,雄性光敏核不育隐性纯合基因控制水稻不育性,避免了BT型不育基因因穗期受高温影响而导致不育系自交结实;在长日适温下,水稻不育性由核不育基因和核质互作不育基因共同控制而表现稳定;在低温（低于光敏不育系不育临界温度）或短日适温（日最高气温<32℃）下,BT型核质互作不育基因控制水稻不育性,消除了育性敏感期低温导致核不育系"打摆子"造成杂交种子不纯的风险。还对粳型光敏感核质互作不育系的可恢性、可繁性和配合力进行了研究。     

影响小麦提型不育系种子质量的遗传因素

根据Ｔ型不育系和恢复系,不育系和保持系的两套双列杂交试验以及川７Ａ和其它保持系的４套回交试验。对影响Ｔ型不育系种饱满度和发芽率的遗传因素进行了分析,发现不育系异交子粒的发育进程和充实程度主要取决于母体的基因型;而不育系种子的发芽率则受母体基因型和花粉供体基因型的共同影响。用川７Ｂ给其它不育系授粉得到的杂交种子,其发芽率明显地高于这些不育系与同型保持系杂交产生的种子;不育系种子的饱满度也因有了川７Ｂ