10 粘类小之雄性不育系育性特异性研究及其快邁定向转育体系的建拓 等发现父本的细胞质基因也可能滂漏到杂种一代RAPD通常为显性标记,理论 上,如果母本、父本的RAD扩增产物中有(或无)某一产物时,杂种一代的扩增产物 应该也有(或无)该待定产物玉得元國应用RRD对辣椒亲本及其杂种一代基因进行 研究,结果表明大部分引物扩增出的杂种一代的RAPD产物和双亲或亲本之一无差异, 但引物0PG3扩增出双亲没有,而F出现的DNMA片段,引物0PK8扩增出双亲具 有,而F消失的DNA片段,这揭示了F1某些基因结构不同于亲本,另外,许多应用 RAPD技术检测F1遗传纯度的研究也揭示F基因组发生基因变异的报道,均认为这些 特异出现或特异消失的基因就可能与杂种优势的产生有关舔的 §2153杂种优势的其他分子生物学基础 关于杂种优势机理,不少学者还提出了与上不同的看法:鲍文奎(190)曾提是出基 因网络系统学说(阎,认为不同生物基因组都包含了一套保证自身正常生长与发育的遗 传信息(包括全部的编码基因,基因表达的控制序列,以及协调不同基因间相互作用的 组分),这些信息都编码在DNA上,组成一个使基因有序表达的网络,通过遭传程序将 各种基因活动联系在一起,如果某些基因发生了突变,会影响到网络中的其他成员,并 通过网络系统进一步扩大其影响,进-步发展成为可见的变异、对不同物种而言,可能 存在许多同一功能的基因,它们处于基因网络系统的同一位置工作,但其功能或工作效 率可能会有差别。在杂合基因型中,就某个指定的基因而言,只要有一个稍次的等位基 因成员代替最佳成员,就可能会影响网络的工作效率,杂种一代是两个不同基因群组合 在一起形成的一个新的网络系统在这个新组建的网终系统中等位基因成员处在最好的 工作状态,使整个遗传体系发捍最佳效率,这时就实现了杂种优势。 王得元(19)以杂种优势过程研究的基本漠型为基础,从基因的分子生物学(结 构表达,作用机制)入手,提出了作物杂种优势遗传机理的遗传振动合成学说8的 该学说认为同工基因经转录,翻译成同工蛋白质的数量变化是—种振动,这种振动可称 为遗传据动,将两个或多个同工基因所产生的蛋白质的振动的合成称为遗传振动合成 中来自双亲的同工基因的表达,呈现出遗传振动合成的特点,并且随时间的变化而呈 現出正向优势、无优蔡、负向优势,进而影响所参与或调控的最初代谢反应的产物,优 势随时间的变化而变化,由于其它同工基因的这种类似的作用,以及代謝反应的逐级影 响与逐级放大作用,加上外界环境对基因组的影响,最终影响到生物的表型性状,并使 杂种优势星现过程化特点 §22小麦雄性不育机理的研究 在杂种优势利用研究中雄性不有的遗传机理直受到人们的极大重视:91 根据雄性不育材料基因型的差异,将雄性不育划分为3类,即细胞质不育,细胞核不育 和质核互作不育,也称为雄性不育“三型学说”随着一些植物细胞质雄性不育系恢复
粘类小麦雄性不育系育性特异性研究及其快速定向转育体系的建拓 等发现父本的细胞质基因也可能渗漏到杂种一代[p92, 1751. RAPD通常为显性标记，理论 上，如果母本、父本的RAPD扩增产物中有 (或无)某一产物时.杂种一代的扩增产物 应该也有(或无)该特定产物。玉得元[641应用RAPD对辣椒亲本及其杂种一代基因进行 研究，结果表明大部分引物扩增出的杂种一代的RAPD产物和双亲或亲本之一无差异， 但引物 OPG-03扩增出双亲没有，而F.出现的DNA片段，引物OPK-08扩增出双亲具 有，而 F.消失的 DNA片段，这揭示了F.某些基因结构不同于亲本。另外，许多应用 RAPD技术检测F,遗传纯度的研究也揭示F,基因组发生基因变异的报道，均认为这些 特异出现或特异消失的基因就可能与杂种优势的产生有关[65. 66. 611. ' 2.1.5.3 杂种优势的其他分子生物学基础 关于杂种优势机理，不少学者还提出了与上不同的看法:鲍文奎 (1990)曾提出基 因网络系统学说[63. 691，认为不同生物基因组都包含了一套保证自身正常生长与发育的遗 传信息 (包括全部的编码基因，基因表达的控制序列，以及协调不同基因间相互作用的 组分)。这些信息都编码在DNA上，组成一个使基因有序表达的网络，通过遗传程序将 各种基因活动联系在一起，如果某些基因发生了突变，会影响到网络中的其他成员，并 通过网络系统进一步扩大其影响，进一步发展成为可见的变异。对不同物种而言，可能 存在许多同一功能的基因，它们处于基因网络系统的同一位置工作，但其功能或工作效 率可能会有差别。在杂合基因型中，就某个指定的基因而言，只要有一个稍次的等位基 因成员代替最佳成员，就可能会影响网络的工作效率，杂种一代是两个不同基因群组合 在一起形成的一个新的网络系统，在这个新组建的网络系统中等位基因成员处在最好的 工作状态，使整个遗传体系发挥最佳效率，这时就实现了杂种优势。 王得元 (1997)以杂种优势过程研究的基本模型为基础，从荃因的分子生物学 〔结 构，表达，作用机制)入手，提出了作物杂种优势遗传机理的遗传振动合成学说[69. 611。 该学说认为同工基因经转录，翻译成同工蛋白质的数t变化是一种振动，这种振动可称 为遗传振动.将两个或多个同工基因所产生的蛋白质的振动的合成称为遗传振动合成。 Fl中来自双亲的同工基因的表达，呈现出遗传振动合成的特点，并且随时间的变化而呈 现出正向优势、无优势、负向优势，进而影响所参与或调控的最初代谢反应的产物，优 势随时间的变化而变化。由于其它同工基因的这种类似的作用，以及代谢反应的逐级影 响与逐级放大作用，加上外界环境对墓因组的影响，最终影响到生物的表型性状，并使 杂种优势呈现过程化特点. 夸2.2 小麦雄性不育机理的研究 在杂种优势利用研究中，雄性不育的遗传机理一直受到人们的极大重视.Sears (1947) 根据雄性不育材料基因型的差异，将雄性不育划分为3类，即细胞质不育，细胞核不育 和质核互作不育，也称为雄性不育 “三型学说”.随着一些植物细胞质雄性不育系恢复
第一部分文献综述 基因的发现, Edwards(96)把三型学说中的质不育和核质互作不有归为一类,认 为单纯的细胞质雄性不育在自然界不存在,从而把植物雄性不育分为核不育和核质互作 不育两类,即一般所说的“二型学说”ta和Man(1%8)则认为植物雄性不育完 全由核质是否协调来决定,从而提出雄性不育核质协调学说,即“一型学说”’其实质 是单纯的胞质不育和核不育都不存在,强调任何一种正常作物的细胞质和细胞核间在其 生理生化代谢方式上都是相对协调的,如有一方不协调,就会导致不育 目前,较为被大家所认可的是“一二型学说”,即核不育和质核互作不育 522小麦细胞核雄性不育(GMS)机理 5221经典遗传学研究 小麦雄性核不育是Boci(1931)首次发现的,该类型雄性不育是由细胞核不育 基因控制,不受细胞质影响,没有正反交逸传效应。根据不育基因与对应的可有基因之 间的显隐性关系,又可分为隐性核不育和显性核不育,截至目前,在所发现的众多核不 育中,除M2(太谷核不育和M3不育位点为显性外大多数核不育均为隐性基因控制 小麦核型不育的遗传学分析表明,一般核不育性的产生可归纳为以下几种途径:()基 因的自发突变;(2)隐性不育基因的重组;(3)染色体缺失:(4)异源染色体代换刈。 关于小麦核不育的形态观察,大部分小麦核不育表现为开颗角度大,开颖时间长, 颖壳半透明,花药瘦小,空瘪,不开裂,花粉内含物少,对碘溶液不染色或染色很浅, 其败育主要发生在单核期,粟翼玫等对潍型不育系观察认为,潍型花粉败育时期与 小孢子释放并不一致,花药表现为空瘪型,皱缩型和正常饱满可,因而存在完全败 育.半败育和正常花粉粒邓景扬认为太谷核不育的败育,大多数发生在小孢子刚释放 后,且在短时间内小孢子急剧解体 显性核不育由于难以找到恢复系因而在生产上应用很少,其遗传机制有两种解释: 是复等位基因假说,认为不育性只与一个基因座有关,在这个基因座中存在一个复等 位基因系列,至少有MMs和ms三个等位基因,Ms为不育基因,Me和ms为可育 基因,因此不育株基因型为MAs和MsmS二种恢复系基因型为MsMs另一是显 性上位作用假说,认为不育性与两个基因座有关,一个为不育基因座有M和ms两种 等位基因,另一个基因座有RG和两种等位基因,Rf对M具有上位作用,它能抑制 不育基因的表达,使得育性恢复,而对Ms无上位作用,因此,不育株有 Msmsrfidf 和》m两种基因型,恢复系 MsMsRfRf, Msms RIRf fl m3神基因型1 212麦按不育的生理生化研 许多研究者对核不育进行生理生化研究,取得一些进展。薛光行和朱广康等对太谷 核不育的研究认为,在不育基因的表达下,花粉母细胞的早期生化反应步骤的变化,导 致小孢子的解体,可能是其花药败育的主要原因,孙耀中等对矮败小麦不育株和可育
第一部分 文献综述 基因的发现，Edwardson (1956 )把三型学说中的质不育和核质互作不育归为一类，认 为单纯的细胞质雄性不育在自然界不存在，从而把植物雄性不育分为核不育和核质互作 不育两类，即一般所说的 “二型学说” 。Kihara和Maan (1968)则认为植物雄性不育完 全由核质是否协调来决定，从而提出雄性不育核质协调学说，即 “一型学说” ，其实质 是单纯的胞质不育和核不育都不存在，强调任何一种正常作物的细胞质和细胞核间在其 生理生化代谢方式上都是相对协调的，如有一方不协调，就会导致不育。 目前，较为被大家所认可的是 “二型学说” ，即核不育和质核互作不育[]701 ' 2.2.1 小麦细胞核雄性不育 (GMS )机理 圣2.2.1.1 经典遗传学研究 小麦雄性核不育是 Bovicini (1931)首次发现的，该类型雄性不育是由细胞核不育 基因控制，不受细胞质影响，没有正反交遗传效应。根据不育基因与对应的可育基因之 间的显隐性关系，又可分为隐性核不育和显性核不育。截至目前，在所发现的众多核不 育中，除Ms2(太谷核不育)和Ms3不育位点为显性外，大多数核不育均为隐性基因控制。 小麦核型不育的遗传学分析表明，一般核不育性的产生可归纳为以下几种途径:(1)基 因的自发突变;(2)隐性不育基因的重组;(3)染色体缺失;(4)异源染色体代换;36] 关于小麦核不育的形态观察，大部分小麦核不育表现为开颖角度大，开颖时间长， 颖壳半透明，花药瘦小，空瘪，不开裂，花粉内含物少，对碘溶液不染色或染色很浅， 其败育主要发生在单核期[1281。粟翼玫等对潍型不育系观察认为，潍型花粉败育时期与 小抱子释放并不一致，花药表现为空瘪型，皱缩型和正常饱满[71. 721，因而存在完全败 育，半败育和正常花粉粒。邓景扬认为太谷核不育的败育，大多数发生在小抱子刚释放 后，且在短时间内小袍子急剧解体1731 显性核不育由于难以找到恢复系，因而在生产上应用很少，其遗传机制有两种解释: 一是复等位基因假说，认为不育性只与一个基因座有关，在这个基因座中存在一个复等 位基因系列，至少有Msf, Ms和ms三个等位基因，Ms为不育基因，Msf和ms为可育 基因，因此不育株基因型为Msms和Msms二种，恢复系基因型为Msfmsf。另一是显 性上位作用假说，认为不育性与两个基因座有关，一个为不育基因座有Ms和 ms两种 等位基因，另一个基因座有Rf和rf两种等位基因，Rf对Ms具有上位作用，它能抑制 不育基因的表达，使得育性恢复，而rf对 Ms无上位作用，因此，不育株有 Msmsrfrf 和Msmsrfrf两种基因型，恢复系MsMsRfRf, MsmsRfRf和msmsRfRf 3种基因型1701 互2.2.1.2 小麦核不育的生理生化研究 许多研究者对核不育进行生理生化研究，取得一些进展。薛光行和朱广廉等对太谷 核不育的研究认为。在不育基因的表达下，花粉母细胞的早期生化反应步骤的变化，导 致小抱子的解体，可能是其花药败育的主要原因1731。孙耀中等对矮败小麦不育株和可育
糙类小麦雄性不育系育性特异性研究及其快定向转前体系的建杯 株的旗叶、穗下节间、雌蕊中的过氧化物(POD)同工酶和酯酶(EST)同工酶进行比 较分析,结果表明,在相同的发育时期,同一器官中的两种同工酶谱带均无差异,证明 显性不育基因对这三个器官中的POD和BST基因的表达无异常影响网 2小麦质核互作雄性不育(CMS)机理 52经典遗传学研究 细胞学研究表明,CMS的花粉败育在花粉发育的各个时期都可能发生。不同类型, 相同类型的不同种类,以及同一种类的CMS花粉败育的时期各不相同,T型不育系花 粉败育主要发生在单核期,K型不育系花粉败育主要发生在二核期,黔型主要发生在四 分体时期。有些研究认为小麦雄性不育系的不育性是由于花丝和药隔维管束发育不 良,导致花粉内膜很薄,没有淀粉或淀粉极少,阻碍了小孢子的正常发育造成的,研究 还表明,花粉母细胞减数分裂之后肼舐质的过早解体亦是小麦CMS不育类型的原因。 另一些研究则以为花粉败育与绒毬层的发育密切相关 薛至等(9用17个中国春小麦的缺四体,9种不同的核基因组与GS、M、 D型细胞质中国春小麦杂交,探讨了小麦细胞质雄性不育与不同核基因及染色体的关 系结果表明,育性与基因数量有关,植物雄性不育是由多基因控制的数量性状,恢复 基因可能是显性累加与互作的,单体使基因剂量减少,而三体又使基因剂堡累加:;其次, 某拦染色体对一些特定细胞质或某一细胞质类型不育的育性有影响,核基因组差异较大 是小麦核质互作雄性不育的主要原因四, 22麦CMS不育的生理生化研究 些学者对植物雄性不育激素调控进行了广泛研究。有研究报道,小麦雄性不育 系与可育系相比其花药维管束分化不良,以致输入物质减少,引起花粉败育。而AA 是维管束发育不可缺少的因子,不育花药中吲哚乙酸A)氧化酶,A氧化酶的活性 随不育度提高而增强,LA是这些酶的底物,若MA供应不足,物质代湖就紊乱·使 花粉发育异常而引起败育。对小麦雄性不育系与相应可育系A含量测定,不育系明显 下路,这充分说明A含量降低与不育性,小孢子的发育密切相关,对不育小麦花药组 织中的ABA含量进行分析,结果表明K,T型不育花药组织中ABA含量明显高于其相 应的保持系 此外,研究还表明,赤霉素(GA他参与育性的调节,GA含量降低有利于雄性不育 的发生。大量实验表明,植物体中各激素都不是独立存在的,是通过相互协作或拮抗途 径对植物生长发育起调控作用的,所以花粉败育的发生也是多种激素综合作用的结果 对核苷酸、蛋白质酶,糖类和激素等方面进行的研究,深泽广佑(19)用纸层 析方法,研究了T型不育系花药内的RNA组成,认为不育系小孢子的形成和发育过程 中其遗传功能降低,致使RNA和功能蛋白质的合成受干扰,最终花药内的功能失调
枯类小麦雄性不育系育性特异性研究及其快速定向转育体系的建拓 株的旗叶、穗下节间、雌蕊中的过氧化物 ({POD)同工酶和醋酶 (EST)同工酶进行比 较分析，结果表明，在相同的发育时期，同一器官中的两种同工酶谱带均无差异，证明 显性不育基因对这三个器官中的(POD)和EST基因的表达无异常影响1741。 12.2.2 小麦质核互作雄性不育 (CMS)机理 ' 2.2.2.1 经典遗传学研究 细胞学研究表明。CMS的花粉败育在花粉发育的各个时期都可能发生。不同类型， 相同类型的不同种类，以及同一种类的 CMS花粉败育的时期各不相同，T型不育系花 粉败育主要发生在单核期，K型不育系花粉败育主要发生在二核期，黔型主要发生在四 分体时期[751。有些研究认为小麦雄性不育系的不育性是由于花丝和药隔维管束发育不 良，导致花粉内膜很薄，没有淀粉或淀粉极少，阻碍了小抱子的正常发育造成的。研究 还表明，花粉母细胞减数分裂之后脐眠质的过早解体亦是小麦CMS不育类型的原因。 另一些研究则认为花粉败育与绒毡层的发育密切相关[761。 薛玺等 (1995)用17个中国春小麦的缺四体，9种不同的核基因组与G, S" , M0, DZ型细胞质中国春小麦杂交，探讨了小麦细胞质雄性不育与不同核基因及染色体的关 系，结果表明，育性与基因数量有关，植物雄性不育是由多基因控制的数量性状，恢复 基因可能是显性累加与互作的，单体使基因剂量减少，而三体又使基因剂量累加:其次， 某些染色体对一些特定细胞质或某一细胞质类型不育的育性有影响，核基因组差异较大 是小麦核质互作雄性不育的主要原因[771。 互2.2.2.2 小麦CMS不育的生理生化研究 一些学者对植物雄性不育激素调控进行了广泛研究1791。有研究报道，小麦雄性不育 系与可育系相比，其花药维管束分化不良，以致输入物质减少，引起花粉败育。而IAA 是维管束发育不可缺少的因子，不育花药中叫垛乙酸(IAA)氧化酶，IAA氧化酶的活性 随不育度提高而增强，IAA是这些酶的底物，若 IAA供应不足，物质代谢就紊乱 使 花粉发育异常而引起败育。对小麦雄性不育系与相应可育系IAA含量测定，不育系明显 下降，这充分说明IAA含量降低与不育性，小抱子的发育密切相关。对不育小麦花药组 织中的ABA含量进行分析，结果表明K, T型不育花药组织中ABA含量明显高于其相 应的保持系。 此外，研究还表明，赤霉素(GA)也参与育性的调节，GA含量降低有利于雄性不育 的发生。大量实验表明，植物体中各激素都不是独立存在的，是通过相互协作或拮抗途 径对植物生长发育起调控作用的，所以花粉败育的发生也是多种激素综合作用的结果。 对核昔酸、蛋白质酶，糖类和激素等方面进行的研究[761深泽广佑(1979)用纸层 析方法，研究了T型不育系花药内的RNA组成，认为不育系小抱子的形成和发育过程 中其遗传功能降低，致使 RNA和功能蛋白质的合成受千扰，最终花药内的功能失调
第一部分文献综述 导致雄性不育。徐乃瑜等研究发现不育花药中氨基酸含量和多数含氨基酸的物质含量 都高于同核保持系,他们认为不育系花药中的游离蛋白质缺乏,必然使新陈代謝紊乱, 导致雄性不育 许多学者对小麦雄性不育的酶类亦进行了研究,刘植义(9)研究表明,在雄性 不育花粉中过氧化物酶(POD)的活性较高,而磷酸化酶,细胞色素氧化酶(CD, 琥珀酸脱氢酶(SH)以及过氧化氢酶含量较低,姚亚琴(19)对K型不育系及 保持系花药组织结构和维管组织细胞色素氧化酶进行了定位和定量分析,结果表明,药 壁表皮,药室内臂和维管组织细胞内线粒体中的细胞色素氢化酶含量明显低于其保持 系,据此推测,细施色素氧化酶活性降低可能导致花药败育町 dmitriy等(1982)发现导致花粉不育的一个原因是不育系叶子和花药中蔗糖含 量较低,致使淀粉无法正常合成.auhm等通过碘酸希天氏反应对花药发育过程中非 溶性糖的分配研究发现,不育系PAS较低,表明淀粉缺乏,因而由于碳水化合物缺乏导 致了绒毡层行为反常,从而引起花粉不育网, §223小麦CS不育的分子机理研究 分子生物学方法的引入,诸如分离和研究细胞器DNA技术,特别是限制性核酸内 切酶技术,电泳技术,克隆技术,序列分析技术以及分子杂交技术的改进和发展,对于 研究小麦CMS不育机理起到了重要的推动作用,并为进-步深入探索小麦雄性不育机 理,最终揭示雄性不育现象的本质开辟了舒的谂径, 十世纪六十年代初分别在线粒体和叶绿体中发现DNA后,人们逐渐将雄性不 育的遗传物质基础研究集中到了细胞器DNA.到日前为止,许多证据都表明线粒体和 叶绿体基因及其表达产物与雄性不育有密切关系 线粒体基因组(DNA)是CS不育胞质因子的载体。小麦线粒体基因组43k, 含有最小的重复区10个线粒体与雄性不育的关系,最初的研究是根据线粒体DNA被 核酸内切酶消化的图式差异而观察到的凹。迄今为止,各种CMS材料研究都表明, 质核互作不育和mDNA的突变有关,这些突变能产生表达的嵌合可读框(p reading frames))的线粒体以及与雄性不育有关的序列明显是由于DNA的重捧、插 入、缺失所产生的:,黄占景等(97)运用RAD方法对小麦A型不育系5369A 和相应的保持系7536 MtdNA进行了比较研究发现两者存在多态性李传 友等(198)剩用REP和RAPD技术对K型、V型小麦不育系及其保持系的线粒体 DNA进行了比较分析表明不育系和保持系之间线粒体DNA构显著不同aA,a csob等线粒体功能基因有组织结构上的差异,但由于不育系与保持系间线粒体 DNA差异太大,所以要确定究竟哪些差异雄性不育有关尚无结论阿,大多数小麦不 有系来自提莫菲维小麦和普通小麦的杂交后代,TMS小麦体细胞培养再生出的不育 和可育株,26基因附近有差异,而TCMS小麦不育系和保持系,c0x区城有差异
第一部分 文献综述 导致雄性不育。徐乃瑜等【'+91研究发现不育花药中氨基酸含量和多数含氨基酸的物质含量 都高于同核保持系，他们认为不育系花药中的游离蛋白质缺乏，必然使新陈代谢紊乱. 导致雄性不育。 许多学者对小麦雄性不育的酶类亦进行了研究。刘植义 (1990)研究表明，在雄性 不育花粉中过氧化物酶 (POD)的活性较高，而磷酸化酶，细胞色素氧化酶 (COD), 城拍酸脱氢酶 (SDH)以及过氧化氢酶含量较低 1 。姚亚琴 (1997)对K型不育系及 保持系花药组织结构和维管组织细胞色素氧化酶进行了定位和定量分析，结果表明，药 壁表皮，药室内臂和维管组织细胞内线粒体中的细胞色素氧化酶含量明显低于其保持 系，据此推测，细胞色素氧化酶活性降低可能导致花药败育[80] Dmitrieva等 (1982)发现导致花粉不育的一个原因是不育系叶子和花药中蔗糖含 量较低，致使淀粉无法正常合成。Chauhan等通过碘酸希天氏反应对花药发育过程中非 溶性糖的分配研究发现，不育系PAS较低，表明淀粉缺乏，因而由于碳水化合物缺乏导 致了绒毡层行为反常，从而引起花粉不育[761。 ' 2.2.23 小空CMS不育的分子机理研究 分子生物学方法的引入，诸如分离和研究细胞器DNA技术，特别是限制性核酸内 切酶技术，电泳技术，克隆技术，序列分析技术以及分子杂交技术的改进和发展，对于 研究小麦CMS不育机理起到了重要的推动作用，并为进一步深入探索小麦雄性不育机 理，最终揭示雄性不育现象的本质开辟了新的途径， 二十世纪六十年代初，分别在线粒体和叶绿体中发现 DNA后，人们逐渐将雄性不 育的遗传物质基础研究集中到了细胞器 DNA。到目前为止，许多证据都表明线粒体和 叶绿体基因及其表达产物与雄性不育有密切关系。 线粒体基因组 (DNA)是 CMS不育胞质因子的载体。小麦线粒体基因组 430kb, 含有最小的重复区 10个。线粒体与雄性不育的关系，最初的研究是根据线粒体DNA被 核酸内切酶消化的图式差异而观察到的[811。迄今为止，各种CMS材料研究都表明， 质核互作不育和 mtDNA的突变有关[141)，这些突变能产生表达的嵌合可读框(open reading frames)，异常的线粒体以及与雄性不育有关的序列明显是由于DNA的重排、插 入、缺失所产生的(1421。黄占景等(1997)运用RAPD方法，对小麦A型不育系75-3369A 和相应的保持系 75-3369BmtDNA进行了比较研究，发现两者存在多态性182, ssl。李传 友等 (1998)利用 RFLP和RAPD技术对K型、v型小麦不育系及其保持系的线粒体 DNA进行了比较分析，表明不育系和保持系之间线粒体DNA结构显著不同. atpA, atp9, cos 11, cob等线粒体功能基因有组织结构上的差异，但由于不育系与保持系间线粒体 DNA差异太大，所以要确定究竟哪些差异与雄性不育有关尚无结论[841。大多数小麦不 育系来自提莫菲维小麦和普通小麦的杂交后代，T-CMS小麦体细胞培养再生出的不育 和可育株，atp6基因附近有差异，而T-CMS小麦不育系和保持系，Cox I区域有差异
14枯类小交雄性不有系育性特异性研究及其快速定向转育体系的建拓 不育系o上游多一个o,估计不育系ac6f基因区城以及o可能与TCM小 麦不育性有关。另外,有人还发现TCMS小麦不育系和保持系m,m8以及aA也 有差异即。 近年,对RNA编码与CM不育的关系进行了研究,线粒体基因转录产物RNA的 编码普遍存在,最能说明RNA编码与CMS关系的例子是小麦线粒体基因ap,与正常 品系相比不育系a9表达DNA编码不仅不完全,且有G→,A→-G,U-A等新的编 码形式37位密码子处出现C-U而产生终止密码子而当引入合适的显性恢复基因后, 正常的编码则被恢复。线粒体蛋白较多,有的是核基因编码并在细胞质中合成后输 入线粒体,另一部分是线粒体基因编码并在线粒体中合成蛋白。线粒体蛋白可用聚丙烯 酰胶凝胶电泳或双向电泳加以分析,线粒体合成蛋白的研究则用绂粒体外翻译或双向 电泳加以分析,而对特定基因表达蛋白的确定和分析则常与免疫学方法相结合间 司智海等对小麦T型不育系及保持系的线粒体多肽进行分析折发现,茁期进行单向 SDSPAGE和双向ISDS电泳分析时,线粒体多肽图谱无差异:而孕穗期不育系缺少 条分子量为28d的多歌带,双向电泳分析表明这个多肽实际上是分子量相同而等电 点分别是5856的两个多欧说明不育系和保持系mDNA表达的差异在孕穗期得 以表现,这正是T型不育系花粉败育的关键时期,上述结果表明,线粒体与小麦CMS 之间存在着某种特定的联系,而与CMS有关的线粒体基因表达具有时空性C 小麦与CMS相关基因0n5表达产生d的线粒体内膜蛋白,而普通小麦和可育杂种 均未检测到该多肽的存在,植物花粉败育而其它生命活动正常,表明线粒体功能是正常 的,雄性不育不可能涉及到线粒体某-关键基因的变化,许多研究认为与CMS不育有 关的基因是一些经重产生的嵌合基因,编码的是线粒体丰必须的多肽,凌杏元等即 认为附加多肽或缺陷多肽只单独阻碍雄性配子的发育,而导致雄性不育的原因有两点: (1)附加多肽或缺陷多肽干扰了线粒体功能的正常行使,但不同组织对此的耐受能力 不同,线粒体功能在不同细胞中的重要性不同.与花粉发育有关的组织细胞对线粒体功 能的依赖性最大,反应最敏感,因此最易先造成横害:(2)花药在发育过程中可能产生 某种特殊的物质,它们与这些附加型多肽相互作用而导致花粉发育受阻edng (9)认为这种花药特异性物质完全有可能存在,因为花药执行特殊的功能,很多物 质如胞粉素等只在花药中合成。 叶绿体与CMS不育关系的研究较线粒体开展晚,研究报道也比较少,但叶绿体作 为植物特有的细胞器,它和线粒体一样具有自主性,是高等植物核外的另一类遗传系统。 截止目前,人们对叶绿体遗传系统进行了较为深入的研究,为叶绿体与CM关系提供 了极为有利的条件 刘-农等(90则等通过DNA热变性,酶切消化单向Ag:电冰和双向 PAGE电泳分析,成功地揭示了小麦CMS及相应保持系的叶绿DNMA(cDNA)之间存 在明显的差异,认为在长期的进化中叶绿体基因组在核苷酸序列方面发生了某些变异
粘类小麦雄性不育系育性特异性研究及其快速定向转育体系的建拓 不育系COXI上游多一个。rf256，估计不育系atp6基因区域以及。rf256可能与T-CMS小 麦不育性有关。另外，有人还发现T-CMS小麦不育系和保持系rrn5, rm8以及atpA也 有差异[851。 近年，对RNA编码与CMS不育的关系进行了研究，线粒体基因转录产物 RNA的 编码普遍存在，最能说明RNA编码与CMS关系的例子是小麦线粒体基因atp9，与正常 品系相比不育系atp9表达DNA编码不仅不完全，且有G-A, A--G, U-A等新的编 码形式，37位密码子处出现 C"U而产生终止密码子，而当引入合适的显性恢复基因后， 正常的编码则被恢复。231线粒体蛋白较多，有的是核基因编码并在细胞质中合成后输 入线粒体，另一部分是线粒体基因编码并在线粒体中合成蛋白。线粒体蛋白可用聚丙烯 酞胺凝胶电泳或双向电泳加以分析，线粒体合成蛋白的研究则用线粒体体外翻译或双向 电泳加以分析，而对特定基因表达蛋白的确定和分析则常与免疫学方法相结合[33) 司智海等对小麦 T型不育系及保持系的线粒体多肤进行分析发现，苗期进行单向 SDS-PAGE和双向IEF-SDS电泳分析时，线粒体多肤图谱无差异;而孕穗期不育系缺少 一条分子量为 28kd的多肤带。双向电泳分析表明这个多肤实际上是分子童相同而等电 点分别是5.58和5.65的两个多肤，说明不育系和保持系mtDNA表达的差异在孕穗期得 以表现，这正是T型不育系花粉败育的关键时期。上述结果表明，线粒体与小麦CMS 之间存在着某种特定的联系，而且与CMS有关的线粒体基因表达具有时空性【'61.T-CMS 小麦与CMS相关基因orf256表达产生7kd的线粒体内膜蛋白，而普通小麦和可育杂种 均未检测到该多肚的存在。植物花粉败育而其它生命活动正常，表明线粒体功能是正常 的，雄性不育不可能涉及到线粒体某一关键基因的变化.许多研究认为与CMS不育有 关的基因是一些经重排产生的嵌合基因，编码的是线粒体非必须的多肤。凌杏元等[83l 认为附加多肤或缺陷多肤只单独阻碍雄性配子的发育，而导致雄性不育的原因有两点: (1)附加多肤或缺陷多肤干扰了线粒体功能的正常行使，但不同组织对此的耐受能力 不同，线粒体功能在不同细胞中的重要性不同。与花粉发育有关的组织细胞对线粒体功 能的依赖性最大，反应最敏感，因此最易先造成损害;(2)花药在发育过程中可能产生 某种特殊的物质，它们与这些附加型多肚相互作用而导致花粉发育受阻。Bodinger等 (1992)认为这种花药特异性物质完全有可能存在，因为花药执行特殊的功能，很多物 质如胞粉素等只在花药中合成。 叶绿体与CMS不育关系的研究较线粒体开展晚，研究报道也比较少，但叶绿体作 为植物特有的细胞器，它和线粒体一样具有自主性，是高等植物核外的另一类遗传系统。 截止目前，人们对叶绿体遗传系统进行了较为深入的研究，为叶绿体与 CMS关系提供 了极为有利的条件。 刘一农等(1983) [n7.111等通过DNA热变性，酶切消化，单向Agarose电泳和双向 PAGE电泳分析，成功地揭示了小麦CMS及相应保持系的叶绿DNA (cpDNA)之间存 在明显的差异，认为在长期的进化中，叶绿体基因组在核昔酸序列方面发生了某些变异
第一部分文献综述 15 这种变异可能破坏了叶绿体与细胞核、线粒体之间園有的平衡,从而导致CMS形成 李继耕也得到同样的结论,他还对叶绿体蛋白,叶绿体超微结构进行了研究,发现不育 系和保持系之间存在差异,它认为CMS与叶绿体DNM,叶绿体蛋白以及叶绿体超微结 构之间存在某些联系是肯定的。叶绿体DNA的突变引起它所编码的一系列特性的变化, 使雄性不育有性受到影响也是可能的88昀刘祚昌对小麦CMS系及其保持系的 RUBP羧化酶进行研究分析,发现在等电聚焦电泳图上,该酶由核基因控制的小亚基在 两系间不表现差异,而由叶绿体基因组控制的大亚基则有差异,而且发现CMS系的 RUBP羧化酶活性高于相应的保持系,说明RUBP羧化酶与CMS系之间存在着一定的 关系。李家洋(196)研究认为CS与保持系的叶绿体类囊体膜多肽有显著差异,在 双向电泳图中,两系在3d附近脉斑的大小、数量和分布均不同,从而暗示叶绿体类 囊体膜多肽的组成与CMS之间可能有某种联系网 前,mDNA与S的关系似乎更靠近一些,而qDNA与CMS的关系结论不 这与叶绿体具有相对保守性是分不开的。CMS不育的分子机理在植物中的研究较 为广泛深入,而在小麦中的研究较少,对小麦雄性不育机理的深入研究,将很有助于小 麦杂种优势利用中最佳不育途径的创建。 §3小麦雄性不育系的创制 §3创制小麦雄性不育系的方法 创制不育系的方法很多,一般可分为原始不育系的创制和优良不育系的转育。 §311回交转育法 回交转育是创制不育系最常用的方法,多以某一不育类型不育系为母本,常規品种 或高代品系为轮回亲本,进行直接回交转育,小麦、水稻等作物不育系转育都采用这一方 法。其具体做法是,针对某一已选育的不育系在某一方面所带有的缺陷,釆用经测交筛 选证明与该不育系含有相同核内育性基因的某优良品种为轮叵亲本,连续进行核置换回 交,以育成新的不育系如图1l-1所示 不育系 甲品种 ♀ S(msms) x nmsms 回交7-8代 msms N(msms) 甲品种不育系 品种保持系 图Ⅰ-1直接回交法转育不育系的遗传模式
第一部分 文献综述 这种变异可能破坏了叶绿体与细胞核、线粒体之间固有的平衡，从而导致CMS形成。 李继耕也得到同样的结论，他还对叶绿体蛋白，叶绿体超微结构进行了研究，发现不育 系和保持系之间存在差异，它认为CMS与叶绿体DNA.叶绿体蛋白以及叶绿体超微结 构之间存在某些联系是肯定的。叶绿体DNA的突变引起它所编码的一系列特性的变化， 使雄性不育性受到影响也是可能的181,胳.，1253。刘作昌[401对小麦CMS系及其保持系的 RUBP狡化酶进行研究分析，发现在等电聚焦电泳图上，该酶由核基因控制的小亚基在 两系间不表现差异，而由叶绿体基因组控制的大亚基则有差异，而且发现 CMS系的 RUBP梭化酶活性高于相应的保持系，说明RUBP狡化酶与CMS系之间存在着一定的 关系。李家洋 (1986)研究认为CMS与保持系的叶绿体类囊体膜多肤有显著差异，在 双向电泳图中，两系在33kd附近，肤斑的大小、数量和分布均不同，从而暗示叶绿体类 囊体膜多肤的组成与CMS之间可能有某种联系[421 目前，mtDNA与CMS的关系似乎更靠近一些，而cpDNA与CMS的关系结论不 一，这与叶绿体具有相对保守性是分不开的。CMs不育的分子机理在植物中的研究较 为广泛深入，而在小麦中的研究较少，对小麦雄性不育机理的深入研究，将很有助于小 麦杂种优势利用中最佳不育途径的创建。 互3 小麦雄性不育系的创制 ' 3.1 创制小麦雄性不育系的方法 创制不育系的方法很多，一般可分为原始不育系的创制和优良不育系的转育。 ' 3.1.1 回交转育法 回交转育是创制不育系最常用的方法，多以某一不育类型不育系为母本，常规品种 或高代品系为轮回亲本，进行直接回交转育，小麦、水稻等作物不育系转育都采用这一方 法。其具体做法是，针对某一已选育的不育系在某一方面所带有的缺陷，采用经测交筛 选证明与该不育系含有相同核内育性基因的某优良品种为轮回亲本，连续进行核置换回 交，以育成新的不育系，如图T一1所示。 不育系 甲品种 R- S(msms) x N(msms) S 4 s伽sms) x 落回交 N伽 sms) 7-8代 I Nmsms) 甲品种不育系 N(msms) 甲品种保持系 图I一1 直接回交法转育不育系的遗传模式