甘蓝雄性不育的研究及进展

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,甘蓝雄性不育的研究及利用,一、背景介绍,二、甘蓝雄性不育的分类,三、甘蓝雄性不育系的来源,四、甘蓝雄性不育的基础研究,五、甘蓝雄性不育的选育,六、甘蓝雄性不育的育种应用,七、今后研究中需要解决的问题,八、展望,一 背景介绍,甘蓝,属十字花科（Cruciferae）芸薹属（Brassica）的一二年生蔬菜，是栽培历史最长、面积最大的蔬菜之一。,甘蓝类蔬菜风味品质独特，含丰富的维生素、,蛋白质和矿物质等营养成分，其维生素C的,含,量更为蔬菜之首。,甘蓝杂种优势明显，为充分利用其杂种优势，主要育种途径有,自交不亲和系制种法,和,雄性不育系制种法,。,自交不亲和系制种法,是利用优良的自交不亲和系作母本与父本系杂交得杂种一代;,雄性不育系制种法,是利用不育系和父本系自由授粉得杂种一代。,雄性不育系制种法,成本低、纯度高，而且克服了自交不亲和系制种法中自交亲本生活力退化的缺,点,因此,雄性不育的研究受到育种工作者的高度重视。,二 甘蓝雄性不育的分类,根据遗传特点，可遗传的雄性不育可分为,细胞核雄性不育,（即雄性不育性由核基因控制,，包括显性雄性不育和隐性雄性不育,）和,细胞质雄性不育（,即雄性不育性取决于细胞质基因）2种类型。,三 甘蓝雄性不育系的来源,甘蓝雄性不育系主要来自于,自然突变、品种间的杂交和回交、原生质体融合以及理化诱变等。,例如：,1.,Pearson用黑芥为母本与青花菜杂交，再用青花菜做轮回父本回交，在回交3 代改用结球甘蓝为父本杂交，得甘蓝核不育系;,2.,Bannerot 等在1974年将Ogura萝卜雄性不育材料与结球甘蓝杂交，再连续回交，获得萝卜细胞质结球甘蓝不育系。,3.,Kirti等通过原生质体融合的方法得到了苗期低温不黄化的Oug CMS甘蓝不育系;,4.,Jourdan 通过萝卜胞质花椰菜不育系与抗阿拉津的甘蓝型油菜进行原生质体融合获得抗阿拉津Oug CMS的甘蓝类蔬菜。,5.,方智远等于1979春在甘蓝材料79-399 的自然群体中发现雄性不育株79-399-3。经测交及自交，观察后代分离情况，发现该材料育性主要为一对显性核基因控制，并有修饰基因起作用。,目前已选318P5，99Z522-6等20多份纯合显性不育系。利用这些雄性不育系与优良自交系杂交，目前已经选育出中甘16号、中甘17号等甘蓝新品种。,四,甘蓝雄性不育的基础研究,1.,细胞学研究,甘蓝的小孢子形成一般要经过单核期、双核期和三核期等几个时期。,刘玉梅等以甘蓝DGMS 材料为对象的研究表明，,甘蓝显性雄不育花药败育最早发生在花粉母细胞早期，败育高峰期在花粉母细胞减数分裂前期至小孢子单核期。,败育的主要特征是:,(1),细胞核、内质网、质体、线粒体等结构被破坏或解体;,(2),部分花粉母细胞减数分裂异常;,(3),花粉母细胞和小孢子外被一层很厚的膜状物包被，生长发育异常;,(4),绒毡层提前解体;,(5),四分体不能分开。,许忠民等以Ogura胞质甘蓝雄性不育系CMS158 及其保持系B158为对象的解剖观察比较表明:甘蓝胞质雄性不育系和保持系小孢子发育有明显不同，不育系CMS158 小孢子的败育发生在四分体至单核花粉期，相比于可育花粉,，,不育系的绒毡层细胞高度液泡化，小孢子受到挤压，导致其相互粘连，不能形成有生活力的花粉粒以致败育,。,2 生理生化研究,自20世纪50年代起，人们先后对植物雄性不育的生理生化机制进行了研究，结果表明雄性不育表达和实现过程中在酶系统、物质和能量代谢系统以及激素系统上的变化有着内在联系。,Sawhney 等(1994)在总结植物激素与雄性不育的关系时指出:,IAA 含量的增加，ABA水平的提高以及GAs 和CTKs含量的降低,会诱发大多数植物产生雄性不育。,甘蓝花粉母细胞早期或后期至小孢子二核期，不育花蕾中的IAA、GA3、ZR含量均明显低于可育花蕾，小孢子二核至成熟花粉期，IAA、GA3 含量则明显低于可育花蕾，ZR的含量仍然高于可育花蕾，意味着:甘蓝细胞核显性雄性不育败育与花蕾小孢子二核期以前IAA、GA3、ZR的亏缺密切相关,。,植物雄性不育与脯氨酸关系的研究很多，多数研究者认为不育花药内缺乏脯氨酸与不育性关系密切。,脯氨酸,在甘蓝不育花蕾氨基酸总量中所占的比例为4.6%，其含量在甘蓝花蕾发育过程中的呈现动态变化，在小孢子二核花粉期不育花蕾的含量明显低于可育花蕾。,3 遗传研究和分子标记,甘蓝上雄性不育分子标记的研究主要集中在筛选与雄性不育连锁的RAPD、RFLP分子标记方面。,甘蓝显性核不育基因DGMS,是中国农业科学院方智远院士首次发现的不育类型，并且已经在甘蓝的杂种优势中加以利用。,王晓武等采用集群分析（BSA）法进行了甘蓝显性雄性不育基因连锁的分子标记研究，筛选并获得了与该不育基因遗传距离为7.148cM 的RAPD 标记。,娄平等利用DH群体将显性核不育基因连锁标记MS3247定位于DH群体第四连锁群上。,刘玉梅等运用RFLP技术，获得最小遗传距离为1.787cM 的RFLP连锁标记pBN11。,Wang 等(2005)将DGMS 基因间接定位于甘蓝第3 号染色体，比较基因组研究发现这一区段对应于拟南芥第5 号染色体的顶部。,娄平等也通过cDNA 一ALFP差异显示技术对显性不育基因的表达进行了研究并获得24个差异表达片段，测序分析表明,:,显性不育基因的表达与果胶甲醋酶，果胶裂解酶，硫氧环蛋白，快速碱化因子以及脯氨酸富足蛋自表达受抑制有关，从而在分子水平上对甘蓝显性不育的基因调控有了较为深入的认识。,RFLP 标记是基因组研究中使用最普遍的分子标记之一，重复性好，可信度高。但RFLP分析耗时长，需放射同位素检测，费用较高，因而在一定程度上限制了RFLP标记在育种上的广泛应用。,与RFLP、RAPD 等相比，SSR 在基因组中具有丰富的分布，多态性高，稳定性好，操作简便易行，因此该标记技术越来越受到人们的重视。,刘玉梅等应用SSR 标记，采用集群分析法进行了甘蓝雄性不育基因连锁的分子标记研究，在398 对SSR 引物中，仅引物0113C03 在397、398 两个回交群体中都表现出差异片段，进一步研究发现:该标记的2 个回交群体中与甘蓝显性雄性不育基因间的连锁距离分别为4.3cM、8.94cM。,五,甘蓝雄性不育的选育,1 甘蓝核雄性不育系的选育,研究表明，甘蓝显性雄不育材料DGMS79-399-3的不育性除受主效基因DGMS 399-3 控制外，还受修饰基因的影响。,因此，部分雄性不育株存在环境敏感性。在微量花粉不育株自交后代中，可分离出显性不育基因纯合的雄性不育株，用纯合显性不育株作母本与一般可育自交系杂交，即可获得不育株率达100%的显性雄性不育系。,方智远等利用回交转育方法，以25个不同类型甘蓝自交系作父本进行显性雄性不育系的转育，鉴定回交、测交组合150 多份。王晓武等通过连续回交、自交及测交等步骤，结合分子标记辅助选择，先后在以不同类型自交系作父本的回交后代中，鉴定出纯合显性雄性不育株69个。,可采用以下3 种方法选育优良纯合显性雄性不育系:,(1)以不育性敏感的不育株为母本，经济性状优良且配合力好的自交系为父本，连续回交5 代以上，选敏感不育株自交;,(2)选择经济性状优良育性敏感的不育植株连续自交;,(3)将不育株与优良自交系先杂交，然后在其后代中选经济性状优良不育性敏感的不育株连续自交。,2 甘蓝胞质雄性不育系的选育,方智远等以经济性状优良且较整齐稳定的胞质不育系为母本，与不同类型优良甘蓝自交系杂交配制了50多个杂交组合，鉴定结果表明:比较突出的是用CMS R37014 与自交系8180配制的新品种中甘22，在秋季种植时表现优质、抗病、丰产，生长势及产量与用保持系(回交父本)配制的杂交组合基本一致，明显优于用CMS R27014配制的同类组合。,六,甘蓝雄性不育的育种应用,近50年来随着对甘蓝雄性不育的不断研究，国内外研究者已经开发出了许多甘蓝雄性不育材料，但是由于遗传缺陷，其中很多类型难以应用。,隐性核不育类型的生产应用限制来源于其配制杂种一代时需人工去除50%的可育株，因此利用效率不高。由于抱子甘蓝较易进行无性繁殖，Ruffino-Chable(1993)利用无性繁殖扩繁甘蓝纯合雄性不育植株，从而成功地将,一个甘蓝隐性不育和一个显性不育类型分别应用于商业杂交种的生产。,我国显性核不育类型除受显性不育基因控制外，还受修饰基因的影响。,因此，部分雄性不育株存在环境敏感性，即在一定遗传背景和环境条件下，有些不育株可能出现少量具生活力的花粉。,方智远等根据这一特性，在微量花粉不育株自交后代中，鉴定出显性不育基因纯合的雄性不育株，进而利用组织培养进行快繁，用纯合显性不育株作母本与可育保持系杂交，获得了不育株率达100%的显性雄性不育系，并已陆续配制出中甘16、17、18、19和21号等5 个甘蓝新品种，从而使我国结球甘蓝显性不育利用取得了重大的突破。,甘蓝雄性不育的应用研究来源于对其机理研究的突破性进展。随着人们对不同类型甘蓝雄性不育材料及其分子机理更加深入的研究与完善，甘蓝雄性不育的选育效率肯定会大幅度提高，进一步实现雄性不育性基因的人工调控也为时不远，从而推动甘蓝雄性不育在甘蓝育种中的广泛应用。,七,今后的研究中需要解决的问题,当前虽然在胞质雄性不育、细胞核雄性不育以及通过分子生物学技术培育雄性不育系等方面的研究取得了一定的成功，但仍存在不少的问题需要做进一步的研究。,1.胞质雄性不育虽然能获得百分之百的不育株，但由于它自身存在的一系列的缺点对它的应用构成了严重的障碍，今后仍需改进和寻找更好的胞质不育源，并在研究中进一步扩大对回交父本的筛选。,2.而利用显性雄性不育系制种，因其显性雄性不育基因 在一定的遗传背景下具有环境敏感的特征，影响因素主要是温度。,为了减少使用该不育材料时由于环境敏感带来的危险性，需要进一步研究温度与与该不育性的具体的量化关系。,而且为了增加获得不带环境敏感基因的甘蓝显性雄性不育系的机会，还需要进一步研究环境敏感基因的遗传行为。,由隐性雄性不育基因控制的材料其侧交后代最多达到 的可育株，如用该材料配制杂交种，需拔除 的可育株，费工费时，实际应用困难。,而在利用转基因技术把雄性不育基因转入甘蓝获得雄性不育植株方面，由于基因的作用点是基因组，所表现的雄性不育为核基因所控制，具有核基因的主要特点，不育性在后代中表现分离，则将对这种新种质的直接利用带来一定的困难。因此，在今后的研究中需加以改善。,八,展望,经过50多年的不断探索，甘蓝雄性不育的应用研究已取得显著效益，新品种如雨后春笋层出不穷，但是其基础研究还有待进一步完善。,为了今后更充分地将甘蓝雄性不育应用于优势育种、基因改良等工作中，进一步加强其基础研究是十分必要的:,（,1,）,甘蓝雄性不育机理尚处于研究中,，例如不育性与游离氨基酸的含量的具体关系尚不明确;至于激素诱发雄性不育发生的机制也有待进一步深入研究。,（,2,）,筛选出的理想的与雄性不育性相关的分子标记还不够充实,，同时对标记在甘蓝中表现的特殊性还不明确,。,在应用过程中，不少具环境敏感性的不育材料尚需进一步克服对日照长短、气温高低等环境因子的影响。,随着分子生物技术的发展，利用基因工程培育雄性不育系日渐升温。,基础研究是应用的基础，应用是基础研究的目的，两者相辅相成，相互促进。,我们只有加强对二者的进一步研究和完善，才能充分发挥甘蓝雄性不育的价值,。,谢谢您的批评指正！,