小麦雄性不育研究进展
影响小麦杂交制种产量因素的研究进展
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安徽农学通报， 8:=I? 869?Y /G?Y !I4 4Y %&&0， ’, （’ ） ： 01 ( 0.
影 响 小 麦 杂 交 制 种 产 量 因 素 的 研 究 进 展 聂迎彬
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（ ’ 新疆石河子大学农学院农学系， 新疆石河子 - *,%&&& ； % 新疆农垦科学院， 新疆石河子 - *,%&&&； , 新疆生产建设兵团科技局， 新疆乌鲁木齐 - *,&&&%）
摘- 要： 小麦的杂种 优势现象是普遍的、 明显的 和有利用 价值的。 目前小 麦杂交制 种的主 要途径 是三系 配套和 化学 杀雄。影响三系杂交制种产量的主要因素是： 优良亲本的选择以及异交栽培 措施的搭 配。本文就影 响小麦杂交 制种 产量的因素及杂交制种技术的研究进展进行了综述。 关键词： 小麦； 杂交制种； 产量 中图分类号- /+’%- - - 文献标识码- !- - - 文 章编号- ’&&0 ( 00,’ （%&&0） &’ ( 01 ( &,
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植物细胞质雄性不育和育性恢复基因调控机制研究进展
植物细胞质雄性不育和育性恢复基因调控机制研究进展作者：周小利，杨诗怡，陈志芸，索文龙，牛永志，马文广，廖菊够，顾菁，陈穗云来源：《农学学报》 2018年第7期摘要：为了了解细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility, CMS)是如何通过影响相关基因导致植株雄性不育，细胞核育性恢复基因如何作用于不育基因并使育性恢复，本研究综述了有关细胞质雄性不育的作用机制、作用模型、育性恢复调控机制及恢复基因在转录和翻译水平上起作用的研究。
指出了细胞质雄性不育因受到多种因素影响而研究不明确，CMS/Rf作用模型在线粒体上的逆行调节信号不确定的问题，在有些农作物的研究上停滞不前的现状。
因此，提出了未来可以从机制研究和构建更多不育系等方面研究的建议。
关键词：植物；细胞质雄性不育；不育基因；恢复基因；分子生物学0 引言植物雄性不育(male sterility，MS)是指雌配子正常发育，雄配子发育异常，能接受外来正常花粉受精结实的现象。
目前为止，有610 个植物种被报道存在雄性不育类型[1]，包括细胞质雄性不育(CMS)和细胞核雄性不育(GMS)，前者由线粒体基因偶联核基因共同控制，后者仅由核基因单独导致[2]。
雄性不育植株一般表现为3 种类型：一是花药退化和干瘪，仅花丝部分残存；二是花药内不产生花粉；三是产生的花粉败育。
其中花粉败育可能是由于温度过低或者严重干旱等外界因素，使花粉母细胞不能正常进行减数分裂，导致不能形成正常发育的花粉；另外，绒毡层细胞异常，也会造成花粉败育。
迄今为止，细胞质雄性不育现象己经在水稻、玉米、油菜、棉花、小麦、高粱、大豆等主要农作物和洋葱、辣椒、菜豆、向日葵等园艺作物中发现。
杂种优势是杂合体在一种或多种性状上优于2个亲本的现象[3]，利用杂种优势产生了巨大的全球作物生产的经济效益[4]。
在杂交育种实践中，利用雄性不育可以免去人工去雄节约劳力，是杂交种子生产的理想材料。
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。
5种细胞质雄性不育小麦败育的生物学特性及育性恢复
5种细胞质雄性不育小麦败育的生物学特性及育性恢复细胞质雄性不育小麦（CMS）是一种利用雄性不育基因和特定细胞质（质体）实现杂交育种的方法，它具有高效、简便等优点，在新品种培育中得到广泛应用。
然而，CMS小麦败育也是影响作物产量和降低农业可持续发展的重要因素之一。
本文将围绕5种细胞质雄性不育小麦败育的生物学特性及育性恢复展开讨论。
一、结构紧密的线粒体基因组细胞质雄性不育小麦的线粒体组成不同于普通小麦，线粒体基因组相对结构比较紧密，缺乏间隔序列，这种紧密的结构会诱导线粒体某些基因产生缺陷，进而导致光合作用受到影响、能量代谢紊乱、膜通透性改变等生物学反应，从而使小麦败育。
二、不充分或过量释放线粒体基因产物线粒体基因不充分或过量释放其产物为细胞质雄性不育小麦败育的主要原因。
线粒体基因产物的不充分释放可能是由于异常的转录、翻译和基因组拷贝等多种因素导致，线粒体呼吸链和氧化磷酸化途径功能减弱，呼吸过程中氧化磷酸化作用酶的数量和活性降低，直接影响细胞的光合复合物和能量代谢，从而导致小麦败育。
三、线粒体基因内的突变线粒体基因的突变也可引起细胞质雄性不育小麦败育，突变是由于线粒体基因自身的遗传特性引起线粒体生物合成过程出现差错，导致突变。
突变的原因有很多，包括自然选择、外来DNA插入和放射线等，突变类型有替换、缺失、插入和转座等。
这些突变可导致线粒体基因失去正常的活性，进而导致光合作用和能量代谢等过程失调，从而使小麦败育。
四、线粒体基因与染色体相互作用线粒体基因和染色体的相互作用也是小麦败育的原因之一。
实际上，线粒体基因和核基因总是相互作用的，因为在表现线粒体发育、功能和代谢水平时，线粒体基因做出决定性的贡献。
因此，当核基因和线粒体基因相互配对时，可能会导致特定线粒体变异在染色体上表现出连锁现象，从而导致小麦的一部分膜和酵素的失调，进而导致小麦败育。
五、育性恢复解决细胞质雄性不育小麦败育的一个有效途径是通过育性恢复。
小麦光温敏雄性不育系BS237ω-黑麦碱基因克隆及序列分析
㊀山东农业科学㊀２０２３ꎬ５５(３):１~８ＳｈａｎｄｏｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ㊀ＤＯＩ:１０.１４０８３/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１－４９４２.２０２３.０３.００１收稿日期:２０２２－０７－１５基金项目:北京市农林科学院青年基金项目(ＱＮＪＪ２０２２２５)ꎻ北京市农林科学院科技创新能力建设专项(ＫＪＣＸ２０２００４１８)作者简介:侯起岭(１９８９ )ꎬ男ꎬ山西运城人ꎬ硕士ꎬ助理研究员ꎬ主要从事杂交小麦遗传育种研究ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｗｈｅａｔｑｉｌｉｎｇｈｏｕ＠１６３.ｃｏｍ杨卫兵(１９８６ )ꎬ男ꎬ山东德州人ꎬ博士ꎬ副研究员ꎬ主要从事杂交小麦新品种选育与制种技术研发ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｓｈｅｎｎｏｎｇ０４＠１２６.ｃｏｍ∗同为第一作者ꎮ通信作者:秦志列(１９７４ )ꎬ男ꎬ山西长治人ꎬ博士ꎬ副研究员ꎬ主要从事小麦杂种优势利用和遗传育种研究ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｑｉｎｚｌ＿ｂｊ＠ｑｑ.ｃｏｍ张风廷(１９７１ )ꎬ男ꎬ河北沧州人ꎬ硕士ꎬ研究员ꎬ主要从事杂交小麦遗传育种研究ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｌｙｅｚｈ＠１６３.ｃｏｍ小麦光温敏雄性不育系ＢＳ２３７ω－黑麦碱基因克隆及序列分析侯起岭ꎬ杨卫兵∗ꎬ娄红耀ꎬ杜冰ꎬ高建刚ꎬ赵昌平ꎬ张风廷ꎬ秦志列(北京市农林科学院杂交小麦研究所ꎬ北京㊀１０００９７)㊀㊀摘要:为研究小麦光温敏雄性不育系ＢＳ２３７中ω－黑麦碱基因编码区特征ꎬ利用同源克隆的方法克隆ω－黑麦碱基因的编码区序列ꎬ共得到８条具有完整开放阅读框的基因序列(ＯＫ９９９９８２~ＯＫ９９９９８５ꎬＯＫ９９９９８７~ＯＫ９９９９９０)ꎬ基因编码区长度为１００２~１０７４ｂｐꎬ可编码３３３~３５７个氨基酸残基ꎬ全部编码ＲＱＬ型ω－黑麦碱蛋白ꎮＮＣＢＩＢＬＡＳＴ分析表明克隆序列与已知序列的相似度在９１％~１００％之间ꎬ推断其为ω－黑麦碱基因家族ꎮ进化分析表明８个克隆的基因与普通小麦(ＴｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍＬ.)和黑麦(ＳｅｃａｌｅｃｅｒｅａｌｅＬ.)的ω－黑麦碱基因序列具有较高的同源性ꎬ说明ω－黑麦碱基因具有一定的基因组特异性ꎮ乳糜泻(ＣＤ)免疫肽识别分析表明ꎬ８个基因中均分布有５种Ｔ细胞免疫肽 Ｇｌｉ－ωｔ(ＰＱＱＰＦＰＱＱ)㊁ＤＱ２.５－ｇｌｉａ－γ５(ＱＱＰＦＰＱＱＰＱ)㊁ＱＱＰＹ㊁ＳＰＱＱ和ＰＱＱＰꎬ且肽段Ｇｌｉ－ωｔ(ＰＱＱＰＦＰＱＱ)和ＰＱＱＰ存在多个拷贝ꎮ本研究结果可为１ＢＬ/１ＲＳ类型杂交小麦加工品质的分子改良及乳糜泻疾病的预防提供参考ꎮ关键词:小麦ꎻ光温敏雄性不育系ꎻω－黑麦碱ꎻ基因克隆ꎻ序列分析ꎻ乳糜泻中图分类号:Ｓ５１２.１:Ｑ７８５㊀㊀文献标识号:Ａ㊀㊀文章编号:１００１－４９４２(２０２３)０３－０００１－０８ＣｌｏｎｉｎｇａｎｄＳｅｑｕｅｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆω￣ＳｅｃａｌｉｎＧｅｎｅｉｎＷｈｅａｔＰｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ￣ＳｅｎｓｉｔｉｖｅＭａｌｅＳｔｅｒｉｌｅＬｉｎｅＢＳ２３７ＨｏｕＱｉｌｉｎｇꎬＹａｎｇＷｅｉｂｉｎｇ∗ꎬＬｏｕＨｏｎｇｙａｏꎬＤｕＢｉｎｇꎬＧａｏＪｉａｎｇａｎｇꎬＺｈａｏＣｈａｎｇｐｉｎｇꎬＺｈａｎｇＦｅｎｇｔｉｎｇꎬＱｉｎＺｈｉｌｉｅ(ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｙｂｒｉｄＷｈｅａｔꎬＢｅｉｊｉｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００９７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆω￣ｓｅｃａｌｉｎｇｅｎｅｃｏｄｉｎｇｒｅｇｉｏｎｉｎｗｈｅａｔｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ￣ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｍａｌｅｓｔｅｒｉｌｅｌｉｎｅＢＳ２３７ꎬｔｈｅｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆω￣ｓｅｃａｌｉｎｇｅｎｅｃｏｄｉｎｇｒｅｇｉｏｎｗａｓｃｌｏｎｅｄｂｙｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓｃｌｏ￣ｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｅｉｇｈｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｅｎｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓ(ＯＫ９９９９８２~ＯＫ９９９９８５ꎬＯＫ９９９９８７~ＯＫ９９９９９０)ｗｅｒｅｃｌｏｎｅｄꎬｗｈｉｃｈｈａｄｃｏｍｐｌｅｔｅｏｐｅｎｒｅａｄｉｎｇｆｒａｍｅｓꎬａｎｄｔｈｅｌｅｎｇｔｈｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｇｅｎｅｃｏｄｉｎｇｒｅｇｉｏｎｒａｎｇｅｄｆｒｏｍ１００２ｂｐｔｏ１０７４ｂｐꎬｅｎｃｏｄｉｎｇ３３３~３５７ａｍｉｎｏａｃｉｄｒｅｓｉｄｕｅｓａｎｄａｌｌｅｎｃｏｄｉｎｇＲＱＬω￣ｓｅｃａｌｉｎｐｒｏｔｅｉｎ.ＮＣＢＩＢＬＡＳＴａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｌｏｎｅｄｓｅｑｕｅｎｃｅａｎｄｋｎｏｗｎｓｅ￣ｑｕｅｎｃｅｒａｎｇｅｄｆｒｏｍ９１％ｔｏ１００％ꎬｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｃｌｏｎｅｄｓｅｑｕｅｎｃｅｓｂｅω￣ｓｅｃａｌｉｎｇｅｎｅｆａｍｉｌｙ.Ｃｌｕｓｔｅｒａ￣ｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｉｇｈｔｃｌｏｎｅｄｇｅｎｅｓｈａｄｈｉｇｈｈｏｍｏｌｏｇｙｗｉｔｈω￣ｓｅｃａｌｉｎｇｅｎｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓｏｆＴｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉ￣ｖｕｍＬ.ａｎｄＳｅｃａｌｅｃｅｒｅａｌｅＬ.ꎬｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇｔｈａｔω￣ｓｅｃａｌｉｎｇｅｎｅｓｈａｖｅｃｅｒｔａｉｎｇｅｎｏｍｉｃｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ.Ｔｈｅｃｅｌｉａｃｄｉｓ￣ｅａｓｅ(ＣＤ)ｔｏｘｉｃｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｆｉｖｅｉｍｍｕｎｏｐｅｐｔｉｄｅｗｅｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎａｌｌｔｈｅｅｉｇｈｔｇｅｎｅｓꎬｉｎｃｌｕｄｉｎｇＧｌｉ￣ωｔ(ＰＱＱＰＦＰＱＱ)ꎬＤＱ２.５￣ｇｌｉａ￣γ５(ＱＱＰＦＰＱＱＰＱ)ꎬＱＱＰＹꎬＳＰＱＱａｎｄＰＱＱＰ.ＭｕｌｔｉｐｌｅｃｏｐｉｅｓｏｆＧｌｉ￣ωｔ(ＰＱＱＰＦＰＱＱ)ａｎｄＰＱＱＰｅｘｉｓｔｅｄｉｎａｌｌｔｈｅｅｉｇｈｔｇｅｎｅｓ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｍｏｌｅｃｕｌａｒｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｉｎ１ＢＬ/１ＲＳｔｙｐｅｈｙｂｒｉｄｗｈｅａｔａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｃｅｌｉａｃｄｉｓｅａｓｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀ＷｈｅａｔꎻＰｈｏｔｏｔｈｅｒｍｏ￣ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｍａｌｅｓｔｅｒｉｌｅｌｉｎｅꎻω￣ｓｅｃａｌｉｎꎻＧｅｎｅｃｌｏｎｉｎｇꎻＳｅｑｕｅｎｃｅａｎａｌｙ￣ｓｉｓꎻＣｅｌｉａｃｄｉｓｅａｓｅ㊀㊀黑麦(ＳｅｃａｌｅｃｅｒｅａｌｅＬ.)１Ｒ染色体短臂(１ＲＳ)取代普通小麦１Ｂ染色体短臂(１ＢＳ)形成的１ＢＬ/１ＲＳ易位系携带了抗叶锈㊁条锈和白粉病等优良基因ꎬ具有抗性好㊁丰产性好㊁适应性广等优点ꎬ在育成的小麦品种中占有３０％以上的比例[１]ꎮ黑麦种子中的醇溶性储藏蛋白被称作黑麦碱(ｓｅｃａ￣ｌｉｎ)ꎬ１ＲＳ的引入使编码γ－黑麦碱和ω－黑麦碱的Ｓｅｃ－１位点进入小麦基因组中ꎬ但同时也使其丧失了低分子量谷蛋白Ｇｌｕ－Ｂ３位点和小麦醇溶蛋白Ｇｌｉ－Ｂ１位点ꎬ而黑麦碱不能补偿因丧失低分子量谷蛋白亚基引起的谷蛋白聚合体数量减少ꎬ从而导致面团吸水性增大㊁稳定性和延伸性降低ꎬ小麦面团加工品质下降[２ꎬ３]ꎮ１ＲＳ染色体上的ω－黑麦碱基因是导致小麦面团加工品质下降的重要原因之一[４]ꎮ因此ꎬ充分了解小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系的ω－黑麦碱基因和蛋白的序列特征对改良小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系的加工品质有重要意义ꎮω－黑麦碱由１Ｒ染色体臂上的Ｓｅｃ－１位点控制ꎬ该位点由紧密连锁的多个基因组成ꎬω－黑麦碱基因家族包含大约１５个成员[５]ꎮω－黑麦碱是与ω－醇溶蛋白相关的一类小单体蛋白(４５~５０ｋＤ)ꎬ富含谷氨酰胺ꎬ几乎不含有半胱氨酸ꎬ无法参与链内或链间二硫键的形成[６]ꎮ目前ꎬ许多ω－黑麦碱基因已经陆续从黑麦㊁小黑麦和小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系中克隆出来ꎬ这些ω－黑麦碱基因的氨基酸序列均是保守的ꎬ由信号肽㊁Ｎ端区域㊁重复结构域和Ｃ端区域组成[７]ꎮ柴建芳等[８]发现沉默ω－黑麦碱基因可以在不影响产量的前提下提高小麦１Ｂ/１Ｒ易位系的加工品质ꎮ张士昌等[２]利用低能Ｎ＋离子束诱变１ＢＬ/１ＲＳ易位系小麦种子ꎬ筛选出了９个ω－黑麦碱基因Ｓｅｃ－１位点表达缺失的新的１ＢＬ/１ＲＳ易位系种质ꎮ这些研究为改良小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系的加工品质和创制新的小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系种质提供了很好的思路ꎮ乳糜泻(ｃｅｌｉａｃｄｉｓｅａｓｅꎬＣＤ)是一种由Ｔ－细胞介导的自身免疫性疾病ꎬ是因摄入小麦㊁大麦或黑麦中的面筋蛋白而引发的慢性小肠炎症性疾病ꎬ具有基因易感性[８]ꎮ目前ꎬ已鉴定出的能够诱发乳糜泻疾病的小麦蛋白肽段主要分布在醇溶蛋白中ꎬ主要类型是α－㊁β－和γ－醇溶蛋白ꎬω－醇溶蛋白中也含有部分肽段[９－１１]ꎮ小麦上报道的与ＣＤ相关的表位有５个来自α－醇溶蛋白ꎬ８个来自γ－醇溶蛋白ꎬ３个来自ω－醇溶蛋白ꎬ还有２个来自ＬＭＷ－ＧＳꎬ１个来自ＨＭＷ－ＧＳ[１２]ꎮ四肽序列ＰＳＱＱ㊁ＱＱＰＹ㊁ＳＰＱＱ㊁ＱＱＱＰ和ＰＱＱＰ与一系列腹腔活性肽共同存在ꎬ是潜在的毒性抗原表位ꎬ其中ＰＱＱＰ在谷物ω－黑麦碱氨基酸序列的可变重复区分布广泛ꎬＰＳＱＱ和ＱＱＱＰ目前在贫硫醇溶蛋白中还没有被发现[１３]ꎮＢＳ２３７是北京市农林科学院杂交小麦研究所选育的骨干不育系ꎬ具有育性彻底㊁配合力高㊁抗性好㊁农艺性状优良等特点ꎬ但其ω－黑麦碱基因的详细信息尚未有研究ꎮ鉴于此ꎬ本研究以ＢＳ２３７为材料ꎬ通过ＰＣＲ法获得具有完整开放阅读框的ω－黑麦碱基因的编码区序列ꎬ并进行序列比对和进化分析ꎬ同时对ω－黑麦碱中可能存在的Ｔ－细胞免疫肽段识别分析ꎬ以期为杂交小麦１ＢＬ/１ＲＳ类型不育系加工品质的分子改良和乳糜泻疾病预防提供理论依据和参考ꎮ１㊀材料与方法１.１㊀试验材料本试验所用小麦不育系ＢＳ２３７由北京市农林科学院杂交小麦研究所提供ꎬ２０２２年６月从北京市农林科学院杂交小麦研究所顺义基地(４０ʎ０８ᶄＮꎬ１１６ʎ３９ᶄＥ)不育系繁殖圃收获适量的ＢＳ２３７种子ꎬ供后续实验分析使用ꎮ２㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５５卷㊀１.２㊀试验方法１.２.１㊀ＤＮＡ提取㊀将小麦种子置于铺有滤纸的培养皿中培养ꎬ１周后取适量叶片ꎬ用ＣＴＡＢ法提取基因组ＤＮＡꎮ１.２.２㊀引物设计及扩增㊀利用１ＲＳ特异引物Ｂｍａｃ０２１３－Ｆ/Ｂｍａｃ０２１３－Ｒ[５]检测ＢＳ２３７是否含有１ＲＳ片段ꎬ根据已注册的ω－黑麦碱基因序列的保守区设计１对可扩增完整编码区的引物ω－Ｆ/ω－Ｒꎬ详见表１ꎮ㊀表１㊀㊀ω－黑麦碱基因编码区克隆引物及１ＲＳ特异引物引物序列(５ᶄ－３ᶄ)ω－ＦＡＴＧＡＡＧＡＣＣＴＴＣＣＴＣＡＴＣＴＴＴＧω－ＲＣＡＣＡＴＣＡＣＴＴＴＡＴＴＴＡＴＣＡＴＣＧＴＢｍａｃ０２１３－ＦＡＴＧＧＡＴＧＣＡＡＧＡＣＣＡＡＡＣＢｍａｃ０２１３－ＲＣＴＡＴＧＡＧＡＧＧＴＡＧＡＧＣＡＧＣＣ㊀㊀ＰＣＲ反应体系:２ˑＴａｑＰｌｕｓＭａｓｔｅｒＭｉｘ１０μＬꎬ引物(１０μｍｏｌ Ｌ－１)各１μＬꎬ模板ＤＮＡ２μＬꎬｄｄＨ２Ｏ补充至２０μＬꎮＰＣＲ扩增程序为:９８ħ预变性３０ｓꎻ９８ħ变性１０ｓꎬ６０ħ退火２０ｓꎬ７２ħ延伸３０ｓꎬ３５个循环ꎻ７２ħ延伸１０ｍｉｎꎮ所有引物均由北京睿博兴科生物技术有限公司合成ꎮ采用诺唯赞生物(ＶａｚｙｍｅＢｉｏｔｅｃｈ)公司的２ˑＴａｑＰｌｕｓＭａｓ￣ｔｅｒＭｉｘ高保真酶ꎬ按说明书进行ＰＣＲ扩增ꎮ１.２.３㊀ＰＣＲ产物纯化及克隆测序㊀将扩增产物在１％琼脂糖凝胶上进行分离ꎬ用琼脂糖凝胶回收试剂盒[天根生化科技(北京)有限公司]回收目的条带ꎬ与ｐＥａｓｙ－ＢｌｕｎｔＺｅｒｏ载体(北京全式金生物技术有限公司)连接ꎬ将连接产物转化大肠杆菌Ｔｒａｎｓ－Ｔ１感受态(北京全式金生物技术有限公司)ꎬ涂布于含Ｋａｎ抗生素的ＬＢ培养基上ꎬ３７ħ倒置培养过夜ꎮ挑取一定数量的单克隆ꎬ用Ｍ１３引物进行菌落ＰＣＲ检测ꎬ将阳性克隆送北京擎科生物科技有限公司测序ꎮ１.２.４㊀序列分析与进化分析㊀采用ＮＣＢＩ(ｈｔ￣ｔｐｓ://ｗｗｗ.ｎｃｂｉ.ｎｌｍ.ｎｉｈ.ｇｏｖ/)和ＤＮＡＭＡＮ软件对测序结果进行比对㊁拼接及翻译ꎮ利用ＭｅｇａＸ软件(ｈｔｔｐｓ://ｗｗｗ.ｍｅｇａｓｏｆｔｗａｒｅ.ｎｅｔ/)构建ｎｅｉｇｈ￣ｂｏｒ－ｊｏｉｎｉｎｇ系统发育树ꎮ２㊀结果与分析２.１㊀ＢＳ２３７的ω－黑麦碱基因的检测㊁克隆及核苷酸序列分析利用１ＲＳ特异引物Ｂｍａｃ０２１３－Ｆ/Ｂｍａｃ０２１３－Ｒ扩增ＢＳ２３７的ＤＮＡꎬ得到５２４ｂｐ的特异性条带(图１Ａ)ꎬ说明ＢＳ２３７是１ＢＬ/１ＲＳ易位系ꎮ利用引物ω－Ｆ/ω－Ｒ对ＢＳ２３７的ω－黑麦碱基因进行ＰＣＲ扩增得到单一条带(图１Ｂ)ꎬ对目的条带进行纯化和克隆测序ꎬ共得到８个具有完整开放阅读框的不同基因序列(由ＴＢｔｏｏｌｓ软件预测)ꎬ可编码３３３~３５７个氨基酸残基ꎮＮＣＢＩＢＬＡＳＴ分析表明:克隆获得的８个序列与已知的ω－黑麦碱基因序列的相似度在９１％~１００％之间ꎬ推断其为ω－黑麦碱基因家族ꎮ将这８个序列提交ＧｅｎＢａｎｋꎬ获得的登录号分别为ＯＫ９９９９８２~ＯＫ９９９９８５和ＯＫ９９９９８７~ＯＫ９９９９９０ꎬ其中ꎬＯＫ９９９９８２的长度为１００２ｂｐꎬＯＫ９９９９８５的长度为１０５０ｂｐꎬ其余６个序列的长度均为１０７４ｂｐ(表２)ꎮ图１㊀ＢＳ２３７１ＢＬ/１ＲＳ易位系检测(Ａ)及㊀㊀㊀ω－黑麦碱基因(Ｂ)的ＰＣＲ扩增结果㊀㊀表２㊀㊀克隆ω－黑麦碱基因序列及推导氨基酸比较基因登录号编码长度(ｂｐ)推导的氨基酸数目类型谷氨酰胺ʒ脯氨酸ʒ苯丙氨酸含硫氨基酸数ＯＫ９９９９８２１００２３３３ＲＱＬ１２４ʒ９１ʒ２２０ＯＫ９９９９８３１０７４３５７ＲＱＬ１３０ʒ９９ʒ２４０ＯＫ９９９９８４１０７４３５７ＲＱＬ１３３ʒ９９ʒ２４０ＯＫ９９９９８５１０５０３４９ＲＱＬ１２８ʒ９８ʒ２２０ＯＫ９９９９８７１０７４３５７ＲＱＬ１３２ʒ９９ʒ２４０ＯＫ９９９９８８１０７４３５７ＲＱＬ１３１ʒ１０２ʒ２４０ＯＫ９９９９８９１０７４３５７ＲＱＬ１３２ʒ１００ʒ２３０ＯＫ９９９９９０１０７４３５７ＲＱＬ１２８ʒ９９ʒ２４０２.２㊀克隆基因的推导氨基酸序列分析本研究把克隆出来的８个ω－黑麦碱蛋白序列与已知的小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系(ＡＭＤ０９６２６.１)㊁六倍体小黑麦(ＡＣＱ８３６２９.１)和黑麦(ＡＣＱ８３６２８.１)的ω－黑麦碱蛋白序列比对ꎬ发现这８个蛋白的氨基３㊀第３期㊀㊀㊀侯起岭ꎬ等:小麦光温敏雄性不育系ＢＳ２３７ω－黑麦碱基因克隆及序列分析酸序列结构均具有ω－黑麦碱典型的分子结构特征(图２)ꎬ即包含信号肽区(１９个氨基酸)㊁Ｎ－端非重复区(１２个氨基酸)㊁可变重复区和Ｃ－端非重复区(６个氨基酸)ꎮ与已知的ω－黑麦碱的核苷酸序列类似ꎬ本研究发现的８个序列在可变重复区富含谷氨酰胺(ｇｌｕｔａｍｉｎｅꎬＱ)㊁脯氨酸(ｐｒｏ￣ｌｉｎｅꎬＰ)和苯丙氨酸(ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅꎬＦ)ꎬ但缺乏如半胱氨酸(ｃｙｓｔｅｉｎｅꎬＣ)和甲硫氨酸(ｍｅｔｈｉｏｎｉｎｅꎬＭ)的含硫氨基酸ꎻ根据Ｎ－端非重复区起始３个氨基酸残基的特性ꎬ这８个基因均属于ＲＱＬ型的ω－黑麦碱基因(表２)ꎮ８个序列在Ｎ－端非重复区和Ｃ－端非重复区很保守ꎬ在信号肽区仅ＯＫ９９９９８４㊁ＯＫ９９９９８５和ＯＫ９９９９８７各存在１个氨基酸的替换ꎬ主要差异体现在可变重复区ꎬ且表现在氨基酸的替换和插入上(图２):ＯＫ９９９９８２与普通小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系中的ω－黑麦碱氨基酸序列(ＡＭＤ０９２６.１)高度相似ꎬ只存在１个位点的氨基酸插入ꎮ其他７个序列与六倍体小黑麦的ω－黑麦碱氨基酸序列(ＡＣＱ８３６２９.１)高度相似ꎬ其中ꎬＯＫ９９９９８３在１个位点存在氨基酸的插入ꎬ９个位点存在氨基酸的替换ꎻＯＫ９９９９８４在１个位点存在氨基酸的插入ꎬ４个位点存在氨基酸的替换ꎻＯＫ９９９９８５在１个位点存在氨基酸的插入ꎬ４个位点存在氨基酸的替换ꎻＯＫ９９９９８７在５个位点存在氨基酸的替换ꎬ在１个位点存在氨基酸的插入ꎻＯＫ９９９９８８在１个位点存在氨基酸的插入ꎬ在４个位点存在氨基酸的替换ꎻＯＫ９９９９８９在９个位点存在氨基酸的替换ꎬ在１个位点存在氨基酸的插入ꎻＯＫ９９９９９０在１０个位点存在氨基酸的替换ꎬ在１个位点存在氨基酸的插入ꎮＡＭＤ０９６２６.１㊁ＡＣＱ８３６２９.１㊁ＡＣＱ８３６２８.１分别指小麦１ＢＬ/ＲＳ易位系㊁六倍体小黑麦㊁黑麦的ω－黑麦碱蛋白ꎻＯＫ９９９９８２~ＯＫ９９９９８５㊁ＯＫ９９９９８７~ＯＫ９９９９９０分别为从ＢＳ２３７克隆的８个ω－黑麦碱蛋白ꎮ红颜色框表示７种类型Ｔ－细胞免疫肽的分布位置ꎮ图２㊀ＢＳ２３７ω－黑麦碱蛋白与３个已知的典型ω－黑麦碱蛋白氨基酸序列的多重比对４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５５卷㊀２.３㊀ω－黑麦碱基因的进化分析将克隆的ω－黑麦碱蛋白序列在ＮＲ数据库中进行Ｂｌａｓｔꎬ与ＧｅｎＢａｎｋ中３３个来自于９个物种具有完整编码框的ω－黑麦碱蛋白㊁ω－醇溶蛋白和Ｃ－醇溶蛋白序列(表３)进行多序列比对并构建最大似然(ｍａｘｉｍｕｍｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ)系统发生树(图３)ꎮ根据ω－醇溶蛋白和ω－黑麦碱蛋白序列的相似程度分成３类:Ｃｌａｄｅ１㊁Ｃｌａｄｅ２和Ｃｌａｄｅ３(图３)ꎮＣｌａｄｅ１包含１２个普通小麦及其祖先种的ω－醇溶蛋白ꎬ其中５个为普通小麦(ＴｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍＬ.)ω－醇溶蛋白(ＡＴＹ５１５６８ꎬＡＡＧ１７７０２ꎬＡＧＺ２０２５９ꎬＡＴＹ５１５５４ꎬＡＧＺ２０２５５)ꎬ１个为乌拉尔图小麦(Ｔ.ｕｒａｒｔｕ)ω－醇溶蛋白(ＡＫＢ９５６１４)ꎬ４个为尾状山羊草(Ａｅｇｉｌｏｐｓｍａｒｋｇｒａｆｉｉ)ω－醇溶蛋白(ＡＦＶ５２２２５ꎬＡＦＶ５２２２６ꎬＡＦＶ５２２２７ꎬＡＦＶ５２２２８)ꎬ２个为野生二粒小麦(Ｔ.ｄｉｃｏｃｃｏｉｄｅｓ)ω－醇溶蛋白(ＡＫＡ８８５１６ꎬＡＫＡ８８５０９)ꎮＣｌａｄｅ２中除了本研究克隆的８个小麦ω－黑麦碱蛋白还包含１７个来自小麦㊁小黑麦和黑麦的ω－黑麦碱蛋白ꎬ其中５个为小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系ω－黑麦碱蛋白(ＡＭＤ０９６２６ꎬＡＣＱ８３６３６ꎬＡＣＱ８３６４２ꎬＡＣＱ８３６３７ꎬＡＭＤ０９６２０)ꎬ４个为六倍体小黑麦(ＡＡＢＢＲＲ)ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６２９ꎬＡＣＱ８３６３０ꎬＡＣＱ８３６３１ꎬＡＣＱ８３６３２)ꎬ３个为八倍体小黑麦(ＡＡＢＢＤＤＲＲ)ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６３３ꎬＡＣＱ８３６３４ꎬＡＣＱ８３６３５)ꎬ５个为黑麦(ＳｅｃａｌｅｃｅｒｅａｌｅＬ.)ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６２４ꎬＡＣＱ８３６２５ꎬＡＣＱ８３６２６ꎬＡＣＱ８３６２７ꎬＡＣＱ８３６２８)ꎮＣｌａｄｅ３包含了４个大麦(ＨｏｒｄｅｕｍｖｕｌｇａｒｅＬ.)Ｃ－醇溶蛋白(ＡＡＢ２８１６１ꎬＡＦＭ７７７４９ꎬＣＡＡ４２６４２ꎬＡＡＡ９２３３３)ꎮ根据相似度高低ꎬＣｌａｄｅ２可以进一步分为４个亚组:Ｃｌａｄｅ２－１㊁Ｃｌａｄｅ２－２㊁Ｃｌａｄｅ２－３和Ｃｌａｄｅ２－４ꎮ其中ꎬＣｌａｄｅ２－１包含３个黑麦ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６２６ꎬＡＣＱ８３６２７ꎬＡＣＱ８３６２８)和２个八倍体小黑麦ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６３３ꎬＡＣＱ８３６３５)ꎮＣｌａｄｅ２－２包含３个本研究中克隆的ω－黑麦碱蛋白(ＯＫ９９９９８５ꎬＯＫ９９９９８８ꎬＯＫ９９９９８９)ꎬ２个黑麦ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６２４ꎬＡＣＱ８３６２５)和１个六倍体小黑麦ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６３０)ꎻＯＫ９９９９８５与黑麦ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６２４ꎬＡＣＱ８３６２５)聚类在一起ꎬＯＫ９９９９８８和ＯＫ９９９９８９与六倍体小黑麦ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６３０)聚类在一起ꎮＣｌａｄｅ２－３包含２个本研究中克隆的ω－黑麦碱蛋白(ＯＫ９９９９８３ꎬＯＫ９９９９９０)ꎬ３个六倍体小黑麦ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６２９ꎬＡＣＱ８３６３１ꎬＡＣＱ８３６３２)ꎬ１个八倍体小黑麦ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６３４)和３个小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系ω－黑麦碱蛋白(ＡＣＱ８３６３６ꎬＡＣＱ８３６３７ꎬＡＭＤ０９６２０)ꎮＣｌａｄｅ２－４包含了３个本研究中克隆的ω－黑麦碱蛋白(ＯＫ９９９９８２ꎬＯＫ９９９９８４ꎬＯＫ９９９９８７)ꎬ２个小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系ω－黑麦碱蛋白(ＡＭＤ０９６２６ꎬＡＣＱ８３６４２)ꎮ本研究克隆的８个ω－黑麦碱蛋白全部聚类在Ｃｌａｄｅ２中ꎬ与Ｃｌａｄｅ１中的普通小麦及其祖先种的ω－醇溶蛋白和Ｃｌａｄｅ３中的大麦Ｃ－醇溶蛋白不在同一类中ꎬ说明ω－黑麦碱基因与小麦族ω－醇溶蛋白基因和大麦Ｃ－醇溶蛋白基因亲缘关系较远ꎬ存在明显的进化关系ꎬ具有基因组特异性ꎮ通过进化分析发现不同物种的ω－黑麦碱基因具有较高的同源性ꎬ８个ω－黑麦碱基因大部分与小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系㊁六倍体小黑麦的ω－黑麦碱基因具有较高的同源性ꎬＯＫ９９９９８５与黑麦的ω－黑麦碱基因具有较高的同源性ꎮ㊀㊀表３㊀本研究中用于进化分析的ω－黑麦碱蛋白、Ｃ－醇溶蛋白和ω－醇溶蛋白信息物种蛋白类型蛋白序列登录号序列个数小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系ω－黑麦碱ＡＭＤ０９６２６ꎬＡＣＱ８３６３６ꎬＡＣＱ８３６４２ꎬＡＣＱ８３６３７ꎬＡＭＤ０９６２０５六倍体小黑麦(ＡＡＢＢＲＲ)ω－黑麦碱ＡＣＱ８３６２９ꎬＡＣＱ８３６３０ꎬＡＣＱ８３６３１ꎬＡＣＱ８３６３２４八倍体小黑麦(ＡＡＢＢＤＤＲＲ)ω－黑麦碱ＡＣＱ８３６３３ꎬＡＣＱ８３６３４ꎬＡＣＱ８３６３５３黑麦(ＳｅｃａｌｅｃｅｒｅａｌｅＬ.)ω－黑麦碱ＡＣＱ８３６２４ꎬＡＣＱ８３６２５ꎬＡＣＱ８３６２６ꎬＡＣＱ８３６２７ꎬＡＣＱ８３６２８５普通小麦(ＴｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍＬ.)ω－醇溶蛋白ＡＴＹ５１５６８ꎬＡＡＧ１７７０２ꎬＡＧＺ２０２５９ꎬＡＴＹ５１５５４ꎬＡＧＺ２０２５５５大麦(ＨｏｒｄｅｕｍｖｕｌｇａｒｅＬ.)Ｃ－醇溶蛋白ＡＡＢ２８１６１ꎬＡＦＭ７７７４９ꎬＣＡＡ４２６４２ꎬＡＡＡ９２３３３ꎬ４乌拉尔图小麦(Ｔｒｉｔｉｃｕｍｕｒａｒｔｕ)ω－醇溶蛋白ＡＫＢ９５６１４１尾状山羊草(Ａｅｇｉｌｏｐｓｍａｒｋｇｒａｆｉｉ)ω－醇溶蛋白ＡＦＶ５２２２５ꎬＡＦＶ５２２２６ꎬＡＦＶ５２２２７ꎬＡＦＶ５２２２８４野生二粒小麦(Ｔｒｉｔｉｃｕｍｄｉｃｏｃｃｏｉｄｅｓ)ω－醇溶蛋白ＡＫＡ８８５１６ꎬＡＫＡ８８５０９２５㊀第３期㊀㊀㊀侯起岭ꎬ等:小麦光温敏雄性不育系ＢＳ２３７ω－黑麦碱基因克隆及序列分析图３㊀ＢＳ２３７ω－黑麦碱蛋白与普通小麦㊁小黑麦和黑麦等的ω－黑麦碱蛋白㊁ω－醇溶蛋白及大麦Ｃ－醇溶蛋白系统进化树２.４㊀克隆基因的Ｔ－细胞免疫肽段识别分析ＣＤ毒性肽的识别分析结果(图２ꎬ表４)表明ꎬω－醇溶蛋白中已知的Ｔ－细胞免疫肽Ｇｌｉ－ωｔ(ＰＱＱＰＦＰＱＱ)在克隆的８个ω－黑麦碱蛋白中均有４~６个拷贝的分布ꎬＧｌｉ－ω１(ＰＦＰＱＰＱＱＰＦ)在除ＯＫ９９９９８４和ＯＫ９９９９８７外的６个ω－黑麦碱蛋白中各有１个拷贝的分布ꎬＧｌｉ－ω２(ＰＱＰＱＱＰＦ￣ＰＷ)在克隆的８个ω－黑麦碱蛋白中均没有分布ꎮγ－醇溶蛋白中已知的Ｔ－细胞免疫肽ＤＱ２.５－ｇｌｉａ－γ５(ＱＱＰＦＰＱＱＰＱ)在８个ω－黑麦碱蛋白中有２~３个拷贝的分布ꎻＤＱ２.５－ｇｌｉａ－γ４ｃ(ＱＱＰＱＱＰＦＰＱ)除了在ＯＫ９９９９９０中没有分布ꎬ在其余７个ω－黑麦碱蛋白中均有１个拷贝的分布ꎮ３个四肽Ｔ－细胞免疫肽(ＰＱＱＰꎬＱＱＰＹꎬＳＰＱＱ)在８个ω－黑麦碱蛋白中均有分布ꎬ其中ＱＱＰＹ只有１个拷贝的分布ꎬＳＰＱＱ有１~２个拷贝的分布ꎬＰＱＱＰ在８个ω－黑麦碱蛋白中分布数量较多ꎬ高达２７~３４个拷贝ꎮ㊀㊀表４㊀克隆ω－黑麦碱基因诱发ＣＤ发生的Ｔ－细胞免疫肽段类型和数目基因Ｇｌｉ－ωｔ:ＰＱＱＰＦＰＱＱＧｌｉ－ω１:ＰＦＰＱＰＱＱＰＦＧｌｉ－ω２:ＰＱＰＱＱＰＦＰＷＰＱＱＰＱＱＰＹＳＰＱＱＤＱ２.５－ｇｌｉａ－γ４ｃ:ＱＱＰＱＱＰＦＰＱＤＱ２.５－ｇｌｉａ－γ５:ＱＱＰＦＰＱＱＰＱＯＫ９９９９８２５１０２７１２１２ＯＫ９９９９８３５１０３０１１１３ＯＫ９９９９８４６００３２１２１３ＯＫ９９９９８５５１０３２１２１３ＯＫ９９９９８７６００３１１２１３ＯＫ９９９９８８６１０３４１２１３ＯＫ９９９９８９５１０３３１２１３ＯＫ９９９９９０４１０３０１１０２６㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５５卷㊀３㊀讨论与结论通过对克隆的８个ω－黑麦碱基因推导的氨基酸序列比对分析得出ꎬ８条序列在可变重复区富含谷氨酰胺㊁脯氨酸和苯丙氨酸ꎬ且谷氨酰胺ʒ脯氨酸ʒ苯丙氨酸大于５ʒ４ʒ１ꎬ这与小麦的ω－醇溶蛋白基因推导的氨基酸序列中的谷氨酰胺㊁脯氨酸和苯丙氨酸的比例不一样(４ʒ３ʒ１)[１４]ꎮ谷氨酰胺的数量最多(１２４~１３３)ꎬ在不同序列间变化较大ꎻ脯氨酸的数量次之(９１~１０２)ꎬ除ＯＫ９９９９８２数量较少(９１)外ꎬ其他序列间数量变化较小ꎻ苯丙氨酸的数量最少(２２~２４)ꎬ８个序列间差异不大ꎬ比较稳定ꎮ８条序列中均不含有含硫氨基酸ꎬ没有半胱氨酸和甲硫氨酸的分布ꎬ这与前人的研究结果一致[１５ꎬ１６]ꎬ这种特有的序列特征表明ω－黑麦碱蛋白不能在自身内部和其他蛋白质形成链间连接ꎬ可能具有独特的功能ꎮ根据系统进化树发现克隆的８个ω－黑麦碱基因在小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系㊁六倍体小黑麦㊁八倍体小黑麦和黑麦间存在高度同源性ꎬ表明该基因家族在黑麦Ｒ染色体或整个黑麦基因组与小麦或小黑麦基因组整合后变异较少ꎬ具有基因组特异性ꎮＣＤ毒性肽的识别分析表明ꎬ有３个四肽Ｔ－细胞免疫肽(ＰＱＱＰꎬＱＱＰＹꎬＳＰＱＱ)分布在８个ω－黑麦碱基因中ꎬ其中ＰＱＱＰ在每个基因的分布数量高达２７~３４个拷贝ꎬ这说明ω－黑麦碱基因可能是导致乳糜泻症状发生的主要基因之一ꎮ在未来小麦育种中研究小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系的Ｔ－细胞免疫肽段类型㊁活性特点以及ω－黑麦碱与人类乳糜泻症状之间的关系对优质小麦和优质杂交小麦选育具有重大意义ꎮ可以通过操纵ω－黑麦碱基因已知的遗传信息来降低其基因表达量ꎬ进一步改善小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系的品质ꎮ任燕等[１７]认为反义ＲＮＡ虽然可降低黑麦碱的表达量ꎬ但利用反义ＲＮＡ去除由Ｓｅｃ－１位点产生的所有ＲＮＡ来降低黑麦碱含量的方法可能难以实施ꎮ研究表明ꎬ可以通过降低或沉默ω－黑麦碱基因Ｓｅｃ－１位点的表达ꎬ创制Ｓｅｃ－１位点缺失的突变体或者利用ＲＮＡ干扰或基因编辑技术降低甚至沉默ω－黑麦碱基因的表达来实现[８ꎬ１８]ꎮ同时ꎬ在１ＲＳ末端导入Ｇｌｕ－Ｂ３和Ｇｌｉ－Ｂ１位点ꎬ可以改善１ＢＬ/１ＲＳ小麦面团的加工品质[１９]ꎮ育种过程中配置杂交组合时ꎬ如果亲本有一个为非１ＢＬ/１ＲＳ易位系ꎬ含有１ＲＳ的杂交后代品质受到的负面影响也可被掩盖[２０]ꎬ用１ＢＬ/１ＲＳ易位系含有高分子量谷蛋白亚基５＋１０的品系制作的面包体积最大ꎬ面团强度也最大[２１]ꎮ因此ꎬ往小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系导入优质高分子量谷蛋白亚基或者与非１ＢＬ/１ＲＳ易位系杂交也可以改善小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系的加工品质ꎮ在杂交小麦优质不育系的选育过程中ꎬ应该进一步明确亲本材料的遗传背景ꎬ注重早代材料的鉴定ꎬ加强非１ＢＬ/１ＲＳ小麦易位系种质资源的使用ꎬ还可以利用骨干不育系与优质小麦种质资源多配置组合ꎬ逐步改良杂交小麦不育系的品质特性ꎮ此外还可以通过创制Ｓｅｃ－１位点缺失的１ＢＬ/１ＲＳ小麦不育系来改良杂交小麦的加工品质ꎮ本研究从ＢＳ２３７中克隆了８个具有完整开放阅读框的ω－黑麦碱基因ꎬ与前人研究结果相符[２２]ꎮ根据其Ｎ－末端序列的前３个氨基酸残基的特点ꎬ这８个基因均属于ＲＱＬ类型ꎻ与已知基因的比对分析表明ꎬ不同ω－黑麦碱基因在Ｎ－端非重复区和Ｃ－端非重复区序列相对保守ꎬ在中间可变重复区存在氨基酸的替换和插入ꎻ进化分析发现ꎬ这８个ω－黑麦碱基因很保守ꎬ在黑麦Ｒ染色体或整个黑麦基因组与小麦或小黑麦基因组整合后变异较少ꎬ与小麦１ＢＬ/１ＲＳ易位系㊁六倍体小黑麦㊁八倍体小黑麦和黑麦间存在高度同源性ꎬ与小麦及其祖先种的ω－醇溶蛋白基因和大麦Ｃ－醇溶蛋白基因亲缘关系较远ꎮＣＤ毒性肽的识别分析表明ꎬ已知的分布于ω－醇溶蛋白中的Ｔ－细胞免疫肽Ｇｌｉ－ωｔ(ＰＱＱＰＦＰＱＱ)㊁分布于γ－醇溶蛋白中的Ｔ－细胞免疫肽ＤＱ２.５－ｇｌｉａ－γ５(ＱＱＰＦ￣ＰＱＱＰＱ)㊁３个四肽Ｔ－细胞免疫肽(ＰＱＱＰꎬＱＱＰＹꎬＳＰＱＱ)在８个基因中均有分布ꎬ其中ＰＱＱＰ在每个基因分布的拷贝数高达２７及以上ꎬ可能导致潜在的人类乳糜泻毒性ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[１]㊀周阳ꎬ何中虎ꎬ张改生ꎬ等.１ＢＬ/１ＲＳ易位系在中国小麦育种中的应用[Ｊ].作物学报ꎬ２００４ꎬ３０(６):５３４.７㊀第３期㊀㊀㊀侯起岭ꎬ等:小麦光温敏雄性不育系ＢＳ２３７ω－黑麦碱基因克隆及序列分析[２]㊀张士昌ꎬ李亚青ꎬ张楠ꎬ等.ω－黑麦碱基因表达缺失的１ＢＬ/１ＲＳ易位系种质创新[Ｊ].麦类作物学报ꎬ２０２２ꎬ４２(１):１－６.[３]㊀ＳｈｅｗｒｙＰＲꎬＢｒａｄｂｅｒｒｙＤꎬＦｒａｎｋｌｉｎＪꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｃｈｒｏｍｏｓｏｍａｌｌｏｃａｔｉｏｎｓａｎｄｌｉｎｋａｇｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｇｅｎｅｓｆｏｒｔｈｅｐｒｏｌａｍｉｎｅｓｔｏｒａｇｅｐｒｏｔｅｉｎｓ(ｓｅｃａｌｉｎｓ)ｏｆｒｙｅ[Ｊ].ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＧｅｎｅｔｉｃｓꎬ１９８５ꎬ６９:６３－７１.[４]㊀ＣｌａｒｋｅＢＣꎬＭｕｋａｉＹꎬＡｐｐｅｌｓＲ.ＴｈｅＳｅｃ￣１ｌｏｃｕｓｏｎｔｈｅｓｈｏｒｔａｒｍｏｆｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ１Ｒｏｆｒｙｅ(Ｓｅｃａｌｅｃｅｒｅａｌｅ)[Ｊ].Ｃｈｒｏｍｏ￣ｓｏｍａꎬ１９９６ꎬ１０５:２６９－７５.[５]㊀ＭａｇｏＲꎬＳｐｉｅｌｍｅｙｅｒＷꎬＬａｗｒｅｎｃｅＧＪꎬｅｔａｌ.Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｍａｐｐｉｎｇｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｒｋｅｒｓｌｉｎｋｅｄｔｏｒｕｓｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｇｅｎｅｓｌｏｃａｔｅｄｏｎｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ１ＲＳｏｆｒｙｅｕｓｉｎｇｗｈｅａｔ￣ｒｙｅｔｒａｎｓ￣ｌｏｃａｔｉｏｎｌｉｎｅｓ[Ｊ].ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＧｅｎｅｔｉｃｓꎬ２００２ꎬ１０４(８):１３１９.[６]㊀ＧｒａｙｂｏｓｃｈＲＡꎬＰｅｔｅｒｓｏｎＣＪꎬＨａｎｓｅｎＬＥꎬｅｔａｌ.Ｒｅｌａｔｉｏｎ￣ｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｐｒｏｔｅｉｎｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎬ１ＢＬ/１ＲＳꎬｈｉｇｈｍｏｌｅｃｕｌａｒｗｅｉｇｈｔｇｌｕｔｅｎｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎꎬａｎｄｅｎｄ￣ｕｓｅｑｕａｌｉ￣ｔｙｉｎｗｉｎｔｅｒｗｈｅａｔｇｅｒｍｐｌａｓｍ[Ｊ].ＣｅｒｅａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ１９９０ꎬ６７(４):３４２－３４９.[７]㊀ＣｈａｉＪＦꎬＬｉｕＸꎬＪｉａＪＺ.Ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓｃｌｏｎｉｎｇｏｆω￣ｓｅｃａｌｉｎｇｅｎｅｆａｍｉｌｙｉｎａｗｈｅａｔ１ＢＬ/１ＲＳｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎ[Ｊ].ＣｅｌｌＲｅｓ.ꎬ２００５ꎬ１５:６５８－６６４.[８]㊀柴建芳ꎬ王海波ꎬ马秀英ꎬ等.ω－黑麦碱基因沉默对小麦１Ｂ/１Ｒ易位系加工品质的影响[Ｊ].作物学报ꎬ２０１６ꎬ４２(５):６２７.[９]㊀牛志伟ꎬ汪晓璐ꎬ徐文竞ꎬ等.小麦面筋蛋白基因克隆及序列分析[Ｊ].山东农业科学ꎬ２０２１ꎬ５３(５):１９－２４. [１０]ＺｈａｎｇＹꎬＬｕｏＧꎬＬｉｕＤꎬｅｔａｌ.Ｇｅｎｏｍｅ￣ꎬｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅ￣ａｎｄｐｒｏｔｅｏｍｅ￣ｗｉｄｅａｎａｌｙｓｅｓｏｆｔｈｅｇｌｉａｄｉｎｇｅｎｅｆａｍｉｌｉｅｓｉｎＴｒｉｔｉｃｕｍｕｒａｒｔｕ[Ｊ].ＰＬｏＳＯＮＥꎬ２０１５－０７－０１.ＤＯＩ:１０.１３７１/ｊｏｕｒｎａｌ.ｐｏｎｅ.０１３１５５９.[１１]ＸｕＣꎬＰｏｌｉｃｅＳꎬＲａｏＮꎬｅｔａｌ.Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｅｎｒｉｃｈｏｆｃａｒｄｉｏｍｙｏｃｙｔｅｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｈｕｍａｎｅｍｂｒｙｏｎｉｃｓｔｅｍｃｅｌｌｓ[Ｊ].Ｃｉｒｃ.Ｒｅｓ.ꎬ２００２ꎬ９１:５０１－５０８.[１２]ＳｏｌｌｉｄＬＭꎬＱｉａｏＳＷꎬＡｎｄｅｒｓｏｎＲＰꎬｅｔａｌ.ＮｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅａｎｄｌｉｓｔｉｎｇｏｆｃｅｌｉａｃｄｉｓｅａｓｅｒｅｌｅｖａｎｔｇｌｕｔｅｎＴ￣ｃｅｌｌｅｐｉｔｏｐｅｓｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｂｙＨＬＡ￣ＤＱｍｏｌｅｃｕｌｅｓ[Ｊ].Ｉｍｍｕｎｏｇｅｎｅｔｉｃｓꎬ２０１２ꎬ６４:４５５－４６０.[１３]ＪｉａｎｇＱＴꎬＷｅｉＹＭꎬＡｎｄｒｅＬꎬｅｔａｌ.Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆω￣ｓｅｃａｌｉｎｇｅｎｅｓｆｒｏｍｒｙｅꎬｔｒｉｔｉｃａｌｅꎬａｎｄａｗｈｅａｔ１ＢＬ/１ＲＳｔｒａｎｓ￣ｌｏｃａｔｉｏｎｌｉｎｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＧｅｎｅｔｉｃｓꎬ２０１０ꎬ５１(４):４０３－４１１.[１４]柳东阳ꎬ周正富ꎬ吴政卿ꎬ等.郑麦３６９ω－醇溶蛋白基因的克隆及生物信息学分析[Ｊ].河南农业大学学报ꎬ２０２２ꎬ５４(１):１－１７.[１５]ＴａｔｈａｍＡＳꎬＳｈｅｗｒｙＰＲ.ＴｈｅＳ￣ｐｏｏｒｐｒｏｌａｍｉｎｓｏｆｗｈｅａｔꎬｂａｒ￣ｌｅｙａｎｄｒｙｅ:ｒｅｖｉｓｉｔｅｄ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｒｅａｌＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１２ꎬ５５(２):７９－９９.[１６]ＣｈａｉＪＦꎬＺｈａｎｇＣＭꎬＭａＸＹꎬｅｔａｌ.Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆω￣ｓｅｃａｌｉｎｇｅｎｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｃｔｉｖｉｔｙｉｎａｗｈｅａｔ１Ｂ/１Ｒｔｒａｎｓｌｏ￣ｃａｔｉｏｎｃｕｌｔｉｖａｒ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｉｖｅＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅꎬ２０１６ꎬ１５(１２):２７１２－２７１８.[１７]任燕ꎬＧｒａｙｂｏｓｃｈＲＡꎬ王涛.小麦中的１ＢＬ/１ＲＳ染色体易位[Ｊ].麦类作物学报ꎬ２００６ꎬ２６(３):１５２－１５８.[１８]ＬｕｋａｓｚｅｗｓｋｉＡＪ.Ｃｙｔｏｇｅｎｅｔｉｃａｌｌｙｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｒｙｅｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｓ１Ｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｂｒｅａｄ￣ｍａｋｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｏｆｈｅｘａｐｌｏｉｄＴｒｉｔｉｃａｌｅ[Ｊ].ＣｒｏｐＳｃｉｅｎｃｅꎬ２００６ꎬ４６:２１８６.[１９]范可欣.小麦ＮＧｌｉ－Ｄ２㊁Ｓｅｃ－１ｓ和１Ｄｘ５＋１Ｄｙ１０高代聚合体的品质和农艺性状分析[Ｄ].泰安:山东农业大学ꎬ２０２０:１３.[２０]ＢｒｕｎｓＲＦꎬＨｏｗｅｓＮꎬＧｒａｙｂｏｓｃｈＲＡ.Ｔｈｅｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙｆｏｒｒｙｅｇｅｎｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｉｎｗｈｅａｔｈｙｂｒｉｄｓ[Ｊ].ＡｇｒｏｎｏｍｙＡｂｓｔｒａｃｔｓꎬ１９９３ꎬ１:１６６.[２１]ＭａｒｔｉｎＰꎬＧｏｍｅｚＭꎬＣａｒｒｉｌｌｏＪＭ.ＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎａｌｌｅｌｉｃｖａｒｉａｔｉｏｎａｔｔｈｅＧｌｕ￣Ｄ１ｌｏｃｕｓａｎｄａ１ＢＬ.１ＲＳｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎｏｎｆｌｏｕｒｑｕａｌｉｔｙｉｎｂｒｅａｄｗｈｅａｔ[Ｊ].ＣｒｏｐＳｃｉｅｎｃｅꎬ２００１ꎬ４１:１０８０－１０８４.[２２]ＹａｍａｍｏｔｏＭꎬＭｕｋａｉＹ.Ｈｉｇｈ￣ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｐｈｙｓｉｃａｌｍａｐｐｉｎｇｏｆｔｈｅｓｅｃａｌｉｎ￣１ｌｏｃｕｓｏｆｒｙｅｏｎｅｘｔｅｎｄｅｄＤＮＡｆｉｂｅｒｓ[Ｊ].Ｃｙｔｏｇｅ￣ｎｅｔｉｃａｎｄＧｅｎｏｍｅＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２００５ꎬ１０９(３):７９－８２.８㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５５卷㊀。
小麦育种过程中存在的问题及对策
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资源的可持续利用。
创新育种技术
利用现代育种技术，如分子标记辅 助选择、基因编辑等，提高育种效 率和成功率。
发掘优异基因型
通过基因组学研究，发掘具有抗病 、抗虫、抗逆、优质和高产等特性 的优异基因型，为育种提供新的种 质资源。
制定长期育种计划和系统选育方案
制定长期育种计划
根据市场需求、气候变化和生态 环境等因素，制定长期育种计划 ，明确育种目标和方法。
02
缺乏对小麦种质资源中优异基因 的发掘和利用，无法满足现代育 种对性状改良的需求。
缺乏长期育种计划和系统选育
育种目标不明确，缺乏长期育种计划 ，导致育成品种难以适应未来环境和 市场需求。
缺乏系统选育过程，无法充分利用个 体优势，导致优良基因的流失。
病虫害问题严重
小麦病虫害问题日益严重，对小麦产量和品质造成严重影响 。
案例二：利用基因工程方法创制抗虫新种质
总结词：创新手段
详细描述：基因工程方法是 一种基于基因组编辑技术的 育种手段，通过导入外源基 因或对目标基因进行修饰， 创制具有抗虫、抗病等优良 性状的新种质。
总结词：抗虫效果显著
详细描述：通过基因工程方 法，育种家成功创制出具有 抗虫效果显著、产量高、品 质优良等特点的小麦新种质 ，为小麦安全生产提供了有 力的保障。
采用综合防治措施
结合生物防治、化学防治 和物理防治等多种方法， 综合控制病虫害的发生与 危害。
04
小麦育种未来发展趋势
发展高效育种技术
高效育种技术
发展高效育种技术，提高育种效 率和优良品种的产出。利用现代 生物技术，如基因编辑技术、基 因转化技术等，对小麦品种进行
精准改良。
植物雄性不育原因探究及应用
3. 核质互作不育型 表现为核—质互作遗传，一般质基因为 S，同时核基因为rfrf的植株才表现为雄性不 育，其余均为可育型植株。
S
rfrf
不 可 育
N
Rf_
S
Rf_
均可育
N
rfrf
这一类的植株可用作三系法杂交品种。
不育系
保持系
恢复系
二、非可遗传因素
这是植物雄性不育的主要表现型原因， 其中一部分是环境作用的结果，一部分是基 因突变的结果。
另外，还有一些正常可育植株是一 对显性基因（MsMs），但发生隐性突 变，成为杂合体（Msms），自交后将 分离出纯和不育型植株（msms）。
（2）偶尔会发现一些有杂合的显性核 不育现象，其正常可育植株的基因型为 （msms），经突变后产生杂合植株 Msms，表现为雄性不育。 当它与正常的植株杂交后，子代按 照1:1比例分离出显性不育植株和隐性 可育植株，并按照此方法代代相传。
随着育种研究的发展，这些缺点正 在得到克服。 雄性不育作为杂种优势利用的有效 手段正在日益发挥着更加重要的作用！
That's all !
Thank you !
5. 细胞程序性死亡的影响
细胞学研究表明，在花粉成熟之前，作 为有性生殖过程的前提，有些花药组织以 精确的时间顺序经历细胞死亡过程，如果 这些细胞的死亡过程发生了变化则往往导 致不育。
结语： 结语：
随着对雄性不育原因探究的不断加 深，在农业生产中的应用不断扩大，收 到了巨大的经济效益，但也出现了一些 问题，如某些不育胞质会给作物带来一 些不利的影响。
4. 细胞骨架的影响
细胞骨架是真核生物中普遍存在的一种细 胞器，包括微管系统和微丝系统两个部分， 参与细胞中多种功能。 近年来对雄性不育花药组成细胞的细胞骨 架分布特征也做了一些研究，但由于研究方 法的限制，这方面的研究成果还很有限。
北京市大兴区2022-2023学年高三上学期期中生物试题(解析版)
【答案】C
【解析】
【分析】根据题干信息可知，抗维生素D佝偻病是X染色体上基因控制的疾病，由于Ⅰ－2是患者，但是其儿子Ⅱ－7是正常个体，故可知抗维生素D佝偻病是伴X染色体的显性遗传病。
【详解】A、根据题干信息已知抗维生素D佝偻病是X染色体上基因控制的疾病，若为伴X隐性遗传病，Ⅰ－2和Ⅱ－3的儿子均患病，但Ⅱ－7和Ⅲ－6正常，所以可否定该病是隐性遗传病，因此抗维生素D佝偻病由显性基因控制，A正确；
D、结合B、C选项分析，Ⅲ－7（基因型为XAXa）与正常男性（基因型为XaY）婚配，所生孩子有1/2的患病概率，故建议做产前基因检测，确定胎儿是否患病，D正确。
故选C。
8.入噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列，这种噬菌体在侵染大肠杆菌后DNA会自连环化，如下图。关于λ噬菌体的说法，不正确的是（）
大兴区2022～2023学年度第一学期高三期中检测
生物学
本部分共15题，每题2分，共30分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1.新冠病毒是一种RNA病毒，可通过其表面的S蛋白与人体细胞表面的ACE2蛋白结合进入细胞。下列说法不正确的是（）
A.S蛋白和ACE2蛋白的基本单位都是氨基酸
【详解】A、亲代黑颖的基因型为aaBB，黄颖的基因型为AAbb，F1的基因型为AaBb，F2中的黑颖的基因型为AABB、AaBB、AaBb、AABb、aaBB、aaBb，有6种基因型，A错误；
B、F1的基因型为AaBb，进行测交，后代的基因型及比例为AaBb：aaBb：Aabb：aabb=1：1：1：1，黄颖比例约占1/4，B错误；
A.制作根尖临时装片的步骤依次是解离、漂洗、染色、制片
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小麦雄性不育定位及分子生物学研究 随着分子生物学的发展，小麦雄性不育的生物
学研究也进入了分子水平。 ２．３．１小麦雄性不育系基因定位１９９４年Ｍｕｒａｉ 等将核质互作型光敏雄性不育的恢复系中国春的
小麦雄性不育的生理生化研究 为了弄清楚小麦雄性不育机理，不少学者对不
彤基因定位在染色体７ＢＬ上。Ｄｒｉｓｃｏｌｌ¨４１用ｙ射线
ａｓ
ｏｆ ｍａｌｅ ｓｔｅｒｉｌｉｔｙ ｉｎ ｗｈｅａｔ ｆｉｅｌｄｓ． Ｋｅｙ
ｗｅｌｌ
ａｓ
ｉｔｓ ｓｔｅｒｉｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｒｅｃａｐｉｔｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｗｏｒｄｓ：Ｗｈｅａｔ
关键词：
小麦雄性不育
杂种优势
不育机制
Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｅａｒｃｈ
ｏｎ
Ｍａｌｅ
Ｓｔｅｒｉｌｉｔｙ ｉｎ
Ｗｈｅａｔ
Ｊｉａｎｇ Ｈｏｎｇｍｅｉ
Ｓｈｉ Ｇｕａｎｇｋａｉ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏ／Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃａｐｉｔａｌ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｍａｌｅ ｓｔｅｒｉｌｉｔｙ ｉｓ
２
小麦雄性不育机制研究
自１９５１年Ｋｉｈａｒａ首次报道合成异源细胞质小
麦雄性不育系后，研究者除了对其在小麦杂种优势 利用上进行广泛的研究以外，还从细胞学、生理生化 及分子生物学诸方面对其产生的机理展开了研究， 并获得了一定的进展。
２．１
小麦雄性不育类型
小麦雄性不育可分为３种类型：（１）细胞核雄
ｍａｌｅ
性不育（ｇｅｎｉｃ
ｓｔｅｒｉｌｉｔｙ，ＧＭＳ），由核基因控制，
其作用不受细胞质类型影响，分离模式符合孟德尔 遗传规律。（２）细胞质雄性不育（ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ
ｍａｌｅ
小麦雄性不育的细胞学研究 小麦雄性不育细胞学研究是为了阐明雄性育性
收稿１３期：２００９—０６．０５ 基金项目：同家“８６３”计划（２００９ＡＡｌＯｌｌ０２）．国家自然科学基金项目（３０８７１５１７），北京市自然科学基金项目（０９Ｅ００４０） 作者简介：江红梅（１９８１一），女，硕士研究生，主要从事小麦分子遗传研究工作；Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉａｎｇｎａｎ８ １２７＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
ｌ
ｓｔｅｒｉｌｉｔｙ，ＣＭＳ）是一种育性变异的核质杂种，由于线 粒体和（或）叶绿体基因区域改变而导致不能产生 有活力花粉的母性遗传性状，其遗传方式不符合孟 德尔遗传规律。（３）光（温）敏感型雄性不育（ＰＴＳＭＳ） 包括两种类型，一种是光敏感型细胞质雄性不育 （ＰＣＭＳ），是核质互作类型，如具有Ｄ２型细胞质的光 敏不育系农林２６和农林６１、Ａ３３１４；第二种是光温 敏核雄性不育（ＰＴＳＧＭＳ），受核内隐性基因控制，如 Ｃ４９Ｓ、ＢＳ２０等。
ａ
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ｓｏｒｔ
ｏｆ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ
ｉｎ
ｐｌａｎｔｓ，ａｎｄ ｉｔ
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ｃｒｏｐｓ ｐｒｏ－
ｄｕｅｔｉｏｎ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ，ａｓ
ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｍａｌｅ ｓｔｅｒｉｌｉｔｙ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｒ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｔｙｐｅｓ
鲨物技术遁摆
・综述与专论・
Ｂ１０ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
ＢＵＬＬＥＴＩＮ
２００９年第１０掘
小麦雄性不育研究进展
江红梅师光开
（首都师范大学生命科学学院，北京１０００４８）
摘
要：
雄性不育是植物中的一种普遍现象，而雄性不育是利用杂种优势提高作物产量和品质的基础，因此小麦雄性
不育的理论机制研究对农业生产具有重要的指导意义。对小麦雄性不育类型及遗传、生理生化不育机制、定位及分子生物学 研究进行了综述，并探讨了今后该领域的研究前景。
传统的染色体定位方法繁杂，准确性差，以 ＤＮＡ标记为工具，参照遗传连锁图进行基因定位是 近几年发展起来的雄性不育基因定位新方法。Ｘｉｎｇ 等¨７１利用温敏材料ＢＮＹ—Ｓ／兰考５２－２４的Ｆ：群体进 行，将一个温敏基因定位在２Ｂ，命名为ｗｔｍｓｌ。马翎健 等¨驯利用ＲＡＰＤ标记和混合群体分离法（Ｂｕｌｋｅｄｓｅｇ．
Ｍａｌｅ ｓｔｅｒｉｌｉｔｙ
Ｈｅｔｅｒｏｓｉｓ
Ｓｔｅｒｉｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ
植物雄性不育（ｍａｌｅ ｓｔｅｒｉｌｉｔｙ）是指植物因不能 产生有功能的花粉囊、花粉或者雄配子而导致的不 育，其主要特征是雄蕊发育不正常，不能产生正常的 花粉、花药、雄配子，但它的雌蕊发育正常，能接受正 常花粉而受精结实。雄性不育是利用杂种优势提高 作物产量和品质的基础，而获得大量的杂交种子是 利用杂种优势的前提。小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ）为 自花授粉作物，在配制杂交种子过程中，用雄性不育 系作母本进行杂交种子生产，既可省去人工去雄的 过程，又能降低成本，还能提高种子纯度。小麦雄性 不育发生的原因复杂，对雄性不育机理的探究已成 为近年来研究的焦点。
万方数据
２００９年第１０期
江红梅等：小麦雄性不育研究进展
３ｌ
发生败育的时期和方式以及雄性败育与药壁组织间 的关系，从而为弄清雄性不育的机理、划分雄性不育 类型等提供依据。不育系花药较保持系在发育过程 中出现大量的结构或功能异常现象。（１）绒毡层异 常：绒毡层细胞是植物花药壁细胞中最内的一层，与 花粉囊中花粉母细胞直接相邻，该层细胞发育中任 一过程受阻都将导致植物雄性不育。例如，徐祖元 等¨１研究观察到中国春ＣＭＳ绒毡层异常、雄蕊心皮 化、小孢子母细胞粘连等异常现象。（２）花粉细胞 质异常：高东迎等嵋’发现Ｃ４９Ｓ在发育过程中细胞 质和核物质逐渐解体。程旭东等ｐ１对３３７Ｓ研究发 现，在单核期，小孢子母细胞体积异常膨大、细胞质 凝聚、核弥散消失。（３）其他异常：周美兰Ｈ１等发现 Ｅｓ一１４在花粉发育到单核靠边期后，核解体、出现大 液泡、花粉粒变形不能形成二核和三核花粉粒。由 此可见不同的不育材料，在花粉发育过程中产生的 细胞学结构差异是不同的。
处理得到的Ｃｏｒｎｅｒｓｔｏｎｅ为一隐性雄性不育株，不育 基因完全隐性（Ｍｓｌ），通过端体分析，将此隐性核不 育基因定位于染色体远端。近几年来，我国科学工 作者对小麦雄性不育系的育性基因定位方面作了一 些报道。傅大雄等¨纠对易组“太谷核不育基因” （Ｍｓ２）进行了基因定位，发现易组Ｍｓ２基因与普通 小麦显性矮杆标志基因Ｒｈｔ３连锁，从而将其定位于 普通小麦４Ｂ染色体短臂距离Ｒｈｔ３基因９．７ ｃＭ处， 新位点被命名为Ｍｓ２（４ＢＳ）。Ｍｓ２（４Ｂ）作为一个新 型的遗传标记，可以作为小麦族内所有携带Ｂ染色 体的物种的育种工具，并在拓建各类小麦种质资源 的基因库等方面有广泛的用途。刘秉华¨刮利用染 色体定位、端体测验和端体分析等定位程序和方法， 把太谷核不育小麦的显性雄性不育基因Ｍｓ２定位 在４Ｄ染色体短臂上，距离着丝粒３１．１６
２．２
质小麦核代换系中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活 性低于其核供体普通小麦。龚洪伟等¨引研究表明 在敏感期不育系花药中核糖核酸酶活性显著高于保 持系。孟祥红等¨¨、姚雅琴等…研究表明不育系花 粉的ＡＴＰ酶活性较保持系弱。（４）其他。一些材料 在发育过程中表现出氨基酸含量异常¨２。、自由基保 护系统破坏¨列等现象，使其生化代谢异常，最终导 致不育。 总之，研究者们早就认识到光（温）敏雄性不育 是一系列复杂生理生化反应的结果，并且积累了大 量的证据，同时也正是通过对物质和结构变化的深 入地分析来揭示其生理生化形成机制。
ｒｅｇａｔｉｏｎ
ａｎａｌｙｓｉｓ，ＢＳＡ）分析Ｆ２的育性，得到了一个与
万方数据
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生物技术通报Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｂｕｌｌｅｔｉｎ
２００９年第１０期
Ａ３１光敏不育基因连锁标记的分子标记Ｓ１１０６。曹 双河等¨引对温敏核不育小麦品系农大３３３８／９２０５ 构建的Ｆ：群体，运用ＢＳＡ与ＳＳＲ和ＩＳＳＲ分子标记 技术，对光温敏核雄性不育基因进行了定位，检测到 ２个光温敏核雄性不育基因座位，并命名为ｐｔｍｓｌ和 ｐｔｍｓ２，其中ｐｔｍｓｌ的基因效应是ｐｔｍｓ２的２—３倍。 他们由微卫星标记ＭＳ２初步推断ｐｔｍｓ２在染色体 ３Ａ上，而与ｐｔｍｓｌ连锁的ＭＳｌ６４的目标带不能确定 其所在的染色体，所以对于ｐｔｍｓｌ的染色体定位无 法作出推断。２００６年，Ｇｕｏ等Ⅲ１利用ＢＳＡ法和ＳＳＲ 标记技术对不育系３３７Ｓ／华麦８构建的Ｆ：群体２４３ 个株系进行分析，找到了两个主效基因，命名为ｗｐｔ— ｍｓｌ和ｗｐｔｍｓ２，ｗｐｔｍｓｌ位于５Ｂ染色体Ｘｇｗｍ３３５－Ｘｇ— ｗｍ３７１区间，ｗｐｔｍｓ２位于２Ｂ染色体Ｘｇｗｍ３７４一Ｘｇ— ｗｍｌ２０区间。田再民嵋川利用光温敏不育系ＢＳ２０／ Ｆｕ３构建的ＤＨ群体２８９个株系，运用ＢＳＡ和ＳＳＲ 分子标记分析，将主效ＱＴＬ初步定位在２Ａ、２Ｂ、７Ｄ 上，区间分别为Ｘｇｗｍ８３０一Ｘｇｗｍｌ０５３、Ｘｇｗｍｌ４８一 Ｘｇｗｍ３７４、Ｘｇｗｍ４４～ｃｆｄｌ４，贡献率分别为１３．６％～ ２１．１％、０．８％一１４．０％、７．２％一１２．５％。池慧 芳心２１利用ＢＳＡ法和ＳＳＲ标记技术对光温敏不育 系ＢＳ２１０／０２０ｌ构建的ＤＨ系１２０个株系进行分 析，将育性主效ＱＴＬ定位在２Ａ、２Ｂ和３Ａ上，区 间分别为Ｘｇｗｍｌ０５３一Ｘｗｍｃｌ７７、Ｘｗｍｃ５９２一Ｘｗｍｃ４７４、 Ｘｗｍｃ２６４一Ｃｆａ２２６２，加性效应分别为一１８．７、一２０． ５、一１７．０。不同的材料研究得到的光温敏不育基 因所涉及的染色体、染色体数目及区间均存在差 异，表明光温敏不育性非简单遗传的性状，可能具 有存在多种遗传机制。 ２．３．２小麦光温敏雄性不育基因筛选及克隆刘 立科等¨副克隆了小麦Ｌｏｎ蛋白酶家族的一个基因， 命名为ＴａＬｏｎｌ。ＴａＬｏｎｌ和籼稻Ｌｏｎｌ、玉米Ｌｏｎｌ的 相似性分别为９４％和９２％。在菜豆上已经间接证 明Ｌｏｎ蛋白酶与细胞质雄性不育有一定的相关性。 表达分析表明，ＴａＬｏｎｌ在小麦根、叶和花药中均表 现组成型表达，表明该基因在小麦的生长发育过程 中很重要，起着类似管家基因的作用。Ｘｉｎｇ等旧４１克 隆了一个温敏不育相关基因ＴａＡＰＴ２。曹双河等旧副 利用转录调控蛋白Ｇ．ｂｏｘ家族ＤＮＡ序列设计引物， 结合ｍＲＮＡ差异显示（ＤＤＲＴ．ＰＣＲ）技术对小麦光温