作物雄性不育性在育种中的应用概评

作物雄性不育性在育种中的应用概评

秦太辰

【摘要】概述总结了作物雄性不育性的类别与遗传特点。雄性不育性的遗传机理涉及细胞质遗传的现象,目前已初步探明玉米C群不育系的胞质基因可能是atp6-c,芝麻不育胞质基因拟为atpA。雄性不育化杂交种在实践中主要应用于玉米、水稻和蔬菜中。尽管现有近交理论、DNA甲基化效用、水稻胞质与核不育系遗传等理论提出,雄性不育化育种的基本理论尚需进一步探讨。在雄性不育化育种技术上,要逐步解决难点作物,如小麦、荞麦、菜豆等的不育化育种问题。%This paper summarized the type and genetic characteristics of male sterility. The mechanism of male sterility is involved in cytoplasmic heredity. It has been initially proved that atp6 c and aptA are the cytoplasmic genes of maize sterile line C group and namie male sterile line, respectively. Male sterility hybrids are extensively applied in corp production, shuch as maize, rice and vegetables. Despite some theories were proposed, such as inbreeding theory, DNA methlation and genetics of rice cytoplasm male sterile line, the basic theories of male sterile breeding requests further study. This paper suggested to gradually resolve the difficulties of crop male sterile hybridization breeding in wheat, buckwheat and navy beans.

【期刊名称】《生物技术进展》

【年(卷),期】2011(001)002

【总页数】6页(P84-89)

【关键词】雄性不育化;细胞质遗传;不育化制种;DNA甲基化;杂种优势

【作者】秦太辰

【作者单位】扬州大学农学院杂种优势研究与应用实验室,江苏扬州225009

【正文语种】中文

【中图分类】S512.1

自1902年发现植物雄性不育现象[1],迄今已百余年,直到20世纪20～30年代才应用于生产。主要作物玉米和水稻分别在50年代[2,3]与70年代[4]大面积推广雄性不育化杂交种,为增加粮食产量作出了突出的贡献。与此同时蔬菜作物也利用雄性不育性配制杂交种，引起人们关注的是在1943年洋葱雄性不育化杂交种问世[5]，促进了杂种优势的利用。据Janick[6]报道,大白菜、白菜、洋葱和蕃茄等雄性不育化杂交种,占据杂种优势利用蔬菜作物的三分之一,增产达27%,节约耕地约7万hm2。作物雄性不育化杂交种的应用,日益受到人们的重视。

必须指出,雄性不育化杂交种的应用,仅是杂种优势利用的重要、可靠与节省成本的一条途径,切不可忽视利用其他技术配制杂交种。

1 作物雄性不育性应用的类别与遗传控制机理

1.1 雄性不育性应用的类别

雄性不育性应用主要有二种类别,一是核质互作型,另一种为核作用型。前者指生产上应用的雄性不育化育种三系法;后者是生产上应用的二系法。三系法在实践中应用较广泛,如:水稻、玉米、高梁、黑麦、向日葵以及蔬菜作物中的洋葱、萝卜、胡萝卜、番茄[6～8]中均有应用；二系法(含二用系)近年应用日益增加,已有报道的作物包括水稻、油菜、棉花及蔬菜作物中的大白菜、白菜和辣椒等[6～8]。

在核质互作型雄性不育中由于细胞核与细胞质中相应基因制约且相互作用,使一定

的专用系能够保持该类型的不育性,称保持系,而另一类专用系能够恢复该类型的不

育性,称恢复系。这种类型在多种作物中已广泛发现且三系配套,但有的作物难以显

示雄性不育化杂种的优势,尚不能满足生产的需求。

在核作用型中,细胞核受到核内基因的主宰,而不能保持该类型不育性稳定遗传,通常呈不育与可育1∶1的分离。这种类型又称核不育系。核不育系育性遗传不稳定,可采用特定环境与两用系的方法加以繁殖使其二系配套。

基因不育型、转基因不育型、无融合生殖型的雄性不育系都可能产生,也许要另列

类别。近代科学研究非基因序列改变导致基因表达水平变化的事例,引起生命科学

领域重视。人工创造雄性不育材料,指日可待。

1.2 遗传控制机理

雄性不育性的遗传机理,迄今尚未探明。经过百年探索与研究,形成了若干共识。核

作用型的遗传机理属于一般遗传学范畴,而核质互作型的遗传初步认为其细胞质遗

传物质是主宰雄性不育的特性，并可以解释雄性不育化育种的一些现象与问题。

早期报道细胞质遗传的证据是来自质体特性的研究者Kölreuter[9,10],在烟草杂交研究中发现正反交表现来自双亲遗传的贡献是相等的,质体的特性是由母本遗传的。1904年,Correns在植物遗传杂志描述了细胞质遗传现象后发现紫茉莉(Mirabilis jalapa)枝条颜色的遗传是由母本细胞质传递的[11]。这种现象又称质体遗传,可以

归于细胞质遗传。Rhoades[12]认为在玉米第1染色体上存在控制白色条纹的基

因(ij),也属于细胞质遗传。以后,发现真核生物细胞质遗传现象众多,其遗传物质主要存在于线粒体、叶绿体、质体、中心体与膜体系。

植物细胞质遗传与作物不育化育种的研究与应用密切关联,尤其是线粒体与叶绿体

的研究进展,深化了植物细胞质遗传的理论,也拓宽了雄性不育性机理研究的内容和

思路。线粒体可以控制雄性不育性的遗传，揭示作物雄性不育形成的原因。