中国科学家阐明Boro II型水稻细胞质雄性不育和育性恢复的分子机理

自从20世纪70年代中国成功实现杂交水稻三系配套以来,不少学者致力于水稻细胞质雄性不育及育性恢复的机理研究。近年来,国内外科学家已定位和克隆了控制细胞质雄性不育和育性恢复的基因。2006年华南农业大学刘耀光研究组在《ThePlantCell》上发表论文揭示:BoroII型水稻细胞质雄性不育由线粒体编码的细胞毒素肽引起,两个含PPR蛋白基因中的任何一个均可破坏或降解细胞毒素肽使植株育性恢复,从而在分子水平解释了BoroII型水稻细胞质雄性不育及育性恢复性的机理。这是中国科学家对植物细胞质雄性不育及育性恢复研究的最新贡献。     

植物细胞质雄性不育基因的鉴定及育性调控机理

细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterility,CMS）是作物杂交种生产的主要授粉控制系统,研究细胞质雄性不育分子基础及调控机理对利用杂种优势提高作物产量具有重要的指导意义。本文从植物的线粒体基因与细胞质雄性不育的关系着手,列举了植物CMS基因的鉴定情况,重点介绍了研究较多的矮牵牛、玉米、水稻和油菜细胞质雄性不育基因的鉴定进展及其对不育性状的调控。同时根据恢复基因与不育基因的相互作用情况阐述了育性恢复的可能机理,并对植物CMS分子机理的研究前景进行了展望。     

中国科学家阐明BoroⅡ型水稻细胞质雄性不育和育性恢复的分子机理

自从20世纪70年代中国成功实现杂交水稻三系配套以来，不少学者致力于水稻细胞质雄性不育及育性恢复的机理研究。近年来，国内外科学家已定位和克隆了控制细胞质雄性不育和育性恢复的基因。2006年华南农业大学刘耀光研究组在《The Plant Cell》上发表论文揭示：BoroⅡ型水稻细胞质雄性不育由线粒体编码的细胞毒素肽引起，两个含PPR蛋白基因中的任何一个均可破坏或降解细胞毒素肽使植株育性恢复，从而在分子水平解释了BoroⅡ型水稻细胞质雄性不育及育性恢复性的机理。这是中国科学家对植物细胞质雄性不育及育性恢复研究的最新贡献。     

植物细胞质雄性不育育性恢复基因研究进展

植物杂种优势在生产上已被广泛应用,对提高产量和改善品质有重要意义,而生产杂交种的重要途径是细胞质不育及其恢复系统。在杂交品种选育过程中,优良恢复系选育至关重要。近年来植物细胞质雄性不育性恢复的分子机理一直是分子生物学的研究热点。本文综述了目前恢复基因研究的主要进展,讨论了恢复基因的遗传与定位。认为细胞质雄性不育恢复基因一般为单基因或少数显性效应主效基因,且恢复基因间作用方式多样化。目前,玉米Rf2基因、矮牵牛Rf基因、水稻Rf-1基因、萝卜Rfo基因都已被克隆。在这些恢复基因的克隆与分离基础上,本文讨论了恢复基因的结构特征及分子机理,认为恢复基因的可能分子机理,一种是恢复基因抑制细胞质雄性不育（CMS）特异ORF的表达,另一种是恢复基因补偿线粒体功能的缺陷。本文最后对恢复基因在植物分子育种上的应用前景提出了看法。     

水稻细胞质雄性不育的研究进展

细胞质雄性不育性的发现受到育种家的广泛重视,它的形成机理同细胞质遗传理论密切相关.在杂交水稻生产中不育系决定着杂交水稻的生产及其种植面积.在不育性研究中主要是研究育性恢复基因对不育基因的恢复能力.前人的研究主要是从一个恢复系对应的一个不育系进行,也有人尝试着用恢杂的方式进行恢复基因的位置研究,不同的类型得出了不同的结论.本文对野败型、包台型、滇型、红莲型、马协型的遗传及基因的分子标记进行综述,对分子生物技术在水稻细胞质雄性不育中的发展及应用进行探讨.以期为水稻细胞质雄性不育的研究及其在生产中的应用提供参考.     

水稻细胞质雄性不育分子生物学研究进展

对水稻细胞质雄性不育与叶绿体基因组、线粒体基因组、质粒基因组和核基因组的遗传以及育性相关基因的分子标记定位、辅助选择、克隆与表达研究现状进行了综述，并对水稻细胞质雄性不育分子机理和分子生物学研究进行了展望。     

水稻细胞质雄性不育及其育性恢复基因的研究进展

细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterility,CMS）及育性恢复（restorer of fertility,Rf）是作物杂种优势利用的有效途径之一,由线粒体不育基因和核恢复基因互作产生。本文综述了水稻CMS和Rf基因的来源及其分子遗传机理,并展望了水稻CMS和Rf系统在水稻育种方面的应用。     

科技

我国阐明杂交稻野败型细胞质雄性不育分子机理华南农业大学生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室刘耀光课题组经过10年艰苦钻研,成功克隆出三系杂交稻广泛利用的野败型细胞质雄性不育基因,并阐明了不育发生的分子机理。研究论文《水稻线粒体与细胞核有害互作产生细胞质雄性不育》日前在线发表于《自     

植物细胞质雄性不育育性恢复基因研究进展

杂种优势已广泛应用于农业生产,这其中主要依靠细胞质雄性不育系统。细胞质雄性不育“三系”是杂交种选育的基础材料。其中,强恢复系的选育非常繁琐,且恢复力只能通过与不育系的测交来鉴定,既耗时又费力,因此,人们对育性恢复基因进行了大量的研究。本文归纳了恢复基因的结构特征、作用机理、遗传模式、基因定位及克隆上的研究进展和存在问题。认为随着二代测序技术的发展,可以利用全基因组重测序和转录组测序等技术开发新型分子标记进行恢复基因精细定位,或直接通过测序技术鉴定恢复基因。这将为恢复系的分子标记辅助选育和利用基因工程手段人工改良和创制恢复系提供帮助,也将为研究细胞质雄性不育育性恢复基因的遗传、进化和特征,全面解析植物细胞质雄性不育育性恢复机理奠定基础。     

油菜雄性不育分子机理研究进展

该文从分子生物学角度概括介绍了油菜雄性不育机理的最新研究进展，包括细胞质雄性不育与线粒体分子生物学；细胞质雄性不育与基因表达调控，细胞质雄性不育与核质基因在分子水平上的互作关系；细胞核雄性不育的分子机制，利用生物技术获得雄性不育系等。     

野败型育性恢复基因在AA基因组野生稻中的分布与遗传

分析了野败型恢复基因在AA基因组野生稻的分布。结果表明：（1）在31份野生稻中，有16份含有恢复基因，分布频率达51.6%。（2）6个AA基因组野生稻种中有4个种存在恢复基因，但主要集中于O. rufipogon和O. nivara。（3）在所鉴定的16份野生稻恢复系中，对野败型花粉育性恢复力大于80%和50%～80%的各6份，小于50%的4份；强恢复     

水稻优良恢复系明恢63两个恢复基因恢复力的单独评价

野败型细胞质雄性不育系统是选配杂交稻组合广泛应用的主要不育细胞质资源，野败型细胞质雄性不育的育性恢复能力由两个恢复基因控制。以前的研究表明，明恢63具有2个恢复基因Rf3和Rf(μ)，分别位于第1和第10染色体上。为了分别准确估计这两个恢复基因的遗传效应，根据分子标记基因型，从珍汕97／明恢63衍生的241个F9重组自交系群体中选择两个自交系R124和R1183，它们分别含有单个恢复基因Rf3和Rf(M)，将R124和R1183与珍汕97A杂交，分别得到F1A和F1B，再自交得到F2A和F2B。在武汉和海南分别考察F1的育性，F1A的自然结实率海南和武汉分别为53．4％和60．2％，F1B的自然结实率海南和武汉分别为70．5％和75．7％。而珍汕97A／明恢63的杂种汕优63结实率为81．4％。F2A和F2B群体育性分离均符合1个主基因1：3的孟德尔期望分离比，表明，R124和R1183分别只含有一个恢复基因Rf3和Rf(M)。Rf(M)的效应较大，恢复力强，它单独几乎可以使育性恢复正常。利用标记辅助选择方法，转移两个恢复基因可以快速选育优良恢复系。     

一个位于水稻Rf-1基因的InDel标记遗传分离对海拔和细胞质的响应

水稻细胞质雄性不育育性恢复基因仪存在于适于热带亚热带气候条件的野生稻和籼稻中,不存在适于气候冷凉广泛生长在温带气候条件的粳稻种质资源中.为研究恢复基因与温度适应性的关系,选用来自云南2650 m高海拔的地方粳稻老品种小麻谷(基因型为 rf/rf)与具有籼稻细胞质背景的杂交粳稻恢复系南34(基因型为Rf/Rf)进行正反交...     

Evaluation of Restorability of Two Fertility Restorer Genes in the Rice Chromosome Single Segment Substitution Lines (SSSLs)

由华南农业大学选育的水稻单片段代换系S15对于野败型(WA)和矮败型(DA)细胞质雄性不育系均具有较强的恢复性。以野败型不育系博白A和矮败型不育系协青早A为母本, 单片段代换系S15为父本杂交, 采用分子标记辅助选择和连续回交的方法构建了两个BC₃F₂群体。利用与第1、第10染色体上恢复基因Rf3和Rf4两侧紧密连锁的SSR标记, 从这2个BC₃F₂群体中筛选携带基因型Rf3Rf3/rf4rf4和rf3rf3/Rf4Rf4的单株, 观察这些单株花粉和小穗育性, 并利用202个多态性SSR标记分析这些单株的遗传背景, 结果表明: (1)在同一细胞核背景下(S15), DA型细胞质的可恢复性好于WA型细胞质, 单片段代换系S15中的恢复基因Rf4的恢复力大于恢复基因Rf3的恢复力。(2)单片段代换系S15中的恢复基因对于WA型不育系博白A和DA型不育系协青早A表现出质量-数量性状的遗传。在单片段代换系S15中, 除了主效恢复基因Rf3和Rf4外, 微效基因或者修饰基因也表现出对于博白A和协青早A的恢复性作用, 而且效应较大。(3)在构建的2个BC₃F₂群体中, 携带基因型Rf3Rf3/rf4rf4和rf3rf3/Rf4Rf4单株的遗传背景片段数平均为1.0, 对应于恢复基因Rf3和Rf4座位的代换片段平均长度分别为12.9 cM和18.4 cM。     

Development and characterization of SCAR markers associated with a dominant genic male sterility in rapeseed

Rs1046AB is a dominant genic male sterility (DGMS) line in rapeseed, in which the sterility has always been thought to be conditioned by the interaction of a male sterility gene ( Ms ) and its non-allelic restorer gene ( Rf ). This system provides not only a tool for assisting in recurrent selection but also a promising system for hybrid production. Based on previous studies, two amplified fragment length polymorphism markers linked with the Ms gene were converted into a dominant and a co-dominant sequence characterized amplified region (SCAR) marker, respectively. The putative linear order relationship of three dominant SCAR markers with the same genetic distance from the Rf gene, was also determined by an examination of whether the homologues of these markers are present or not in different lines carrying Rf . A bigger fragment generated by the closest marker linked to the Rf gene was observed in all lines carrying the recessive allele rf , suggesting that this marker is a co-dominant marker, which was further confirmed by nucleotide sequence comparison of these fragments. SCAR markers specific for Ms and Rf will be especially valuable in marker-assisted DGMS three-line breeding.     

Comparative genetic analysis and molecular mapping of fertility restoration genes for WA,Dissi, and Gambiaca cytoplasmic male sterility systems in rice

The genetic relationship among three cytoplasmic male sterility (CMS) systems, consisting of WA, Dissi, and Gambiaca, was studied. The results showed that the maintainers of one CMS system can also maintain sterility in other cytoplasmic backgrounds. The F₁ plants derived from crosses involving A and R lines of the respective cytoplasm and their cross-combination with other CMS systems showed similar pollen and spikelet fertility values, indicating that similar biological processes govern fertility restoration in these three CMS systems. The results from an inheritance study showed that the pollen fertility restoration in all three CMS systems was governed by two independent and dominant genes with classical duplicate gene action. Three F₂ populations, generated from the crosses between the parents of good-performing rice hybrids, that possess WA, Dissi, and Gambiaca CMS cytoplasm, were used to map the Rf genes. For the WA-CMS system, Rf3 was located at a distance of 2.8 cM from RM490 on chromosome 1 and Rf4 was located at 1.6 cM from RM1108 on chromosome 10. For the Dissi-CMS system, Rf3 was located on chromosome 1 at 1.9 cM from RM7466 and Rf4 on chromosome 10 was located at 2.3 cM from RM6100. The effect of Rf3 on pollen fertility appeared to be stronger than the effect of Rf4. In the Gambiaca-CMS system, only one major locus was mapped on chromosome 1 at 2.1 cM from RM576. These studies have led to the development of marker-assisted selection (MAS) for selecting putative restorer lines, new approaches to alloplasmic line breeding, and the transfer of Rf genes into adapted cultivars through a backcrossing program in an active hybrid rice breeding program.     

HL-CMS同质异核近等基因恢复系‘L-Rf6’的构建

为了研究红莲型水稻中2个恢复基因与2个不育基因的互作关系,用红莲型水稻不育系‘粤泰A’(‘YTA’)与恢复系‘9311’杂交,所得F1代再与保持系‘粤泰B’(‘YTB’)多次回交,最终构建了与不育系‘YTA’同质异核的近等基因恢复系‘L-Rf6’。根据Rf5和Rf6的基因序列设计了特异性分子标记,并对‘L-Rf6’进行检测。结果显示成功构建了近等基因恢复系‘L-Rf6’。对近等基因恢复系的不育基因orfh79的表达量进行分析,结果显示‘L-Rf6’中orfh79的表达量与‘YTA’比较明显下降。该近等基因恢复系的构建为阐述红莲型水稻多个恢复基因与多个不育基因的互作关系打下基础。     

水稻RFLP连锁图谱的构建及控制小穗不育和花粉不育的QTL分析

用台中65(粳稻)/ARC10313(籼稻)的重组近交系(F10)构建了RFLP连锁图谱, 含113个分布均匀的标记. 作成的图谱覆盖全基因组, 全图总长1462.4 cM, 图中标记位置与所使用的参照图谱基本符合. 利用该重组自交家系材料与亲本台中65回交得到BF1家系, 用于对小穗不育和花粉不育的QTL分析, 检测出3个小穗不育和1个花粉不育QTL, 且有一     

Molecular mapping of the fertility-restoration gene Rf4 for WA-cytoplasmic male sterility in rice

The wild abortive cytoplasmic male sterility (CMS‐WA) system, an ideal type of sporophytic CMS in indica rice, is used for the large‐scale commercial production of hybrid rice. Searching for restorer genes is a good approach when phenotyping is very time‐consuming and requires the determination of spikelet sterility in testcross progeny. To establish more precisely the genetical and physical maps of the Rf4 gene, high‐resolution mapping of this locus was carried out using simple sequence repeat (SSR) markers and newly designed markers in a F₂ population. The genetic linkage analysis indicated that five SSR markers (RM6737, RM304, RM171, RM5841 and RM228) on the long arm of chromosome 10 were linked with the Rf4 gene. Rf4 was flanked by two SSR markers RM171 and RM6737 at distances of 3.2 and 1.6 cM, respectively. Also, within the region between Rf4 gene and RM171, a newly designed primer pair, AB443, produced two sterile‐specific markers, AB443‐400 and AB443‐500, 0.5 and 1.03 cM from the gene. The flanking markers identified give promise for their application in molecular marker‐assisted selection (MAS) and they are also suitable for starting chromosome walking to clone Rf4 gene in the near future.     

与大白菜温度敏感胞质雄性不育系育性转化相关的同工酶分析

以经过低温处理发生育性转化的大白菜胞质不育系（AT系）、未经处理的不育系（A系）及对应的保持系（B系）6叶苗龄期的根，叶和花期的大、中、小花蕾为试材，采用薄层垂直板聚丙烯酰胺凝胶不连续电泳的方法，分析了POD、ATP、AMY、EST同工酶。结果表明：POD、ATP、AMY同工酶与大白菜不育性没有显著关系；苗期A系与B系酯酶同工酶也无差异，小花蕾差异很大， B系酶活性明显强于A系, 且B系比A系多5条α-EST带，其迁移率分别为0.62、0.68、0.72、0.75、0.83等， B系比A系多4条β-EST带，其迁移率分别为0.68、0.72、0.75、0.83。A系经低温处理（9℃下处理18d）发生育性转化后，迁移率为0.83的α-EST带消失，可能与不育性转化有关。结合试验结果还对细胞质雄性不育产生的机理进行了探讨。