植物自交不亲和研究进展
芸薹属自交不亲和功能因子及分子机制研究进展
植 物进 化过 程 中产 生 的 阻止 自体 受精 、 进 远 系 繁 促 殖 的一种重要 机制 。 自交 不 亲 和现象 在 显花植 物 中 非 常普遍 ， 估计 存 在于 一半 以上 的显 花植 物 中 。 据 根 花 的形态 ， 可将 ｓ 分 为异型 （ ｅｅｏ ｒｈｃ 和 同型 １ ｈ ｔｒｍｏ ｐ ｉ） （ ｏ ｍｏ ｐ ｉ） 大 类 ， 一 类 中 ， 物 间 亲 和 与 ｈ ｍｏ ｒ ｈｃ 两 前 植 否， 可依 据各 种基 因型植 株 具 有 的 不 同 花 的形 态来 判断， 比如报 春花 、 荞麦 等 ； 一类 中 ， 的形态 特征 后 花 和 亲和性 无 关 ， 被 子植 物 中较 为 普 遍 ， 在 比如甘 蓝 、 白菜等 。另外在 同 型 Ｓ 中 ， Ｉ 根据 花 粉不 亲 和表 型遗 传 控 制方 式 的 不 同 ， 可 分 为 孢 子 体 型 Ｓ ｓ ｏｏ 又 Ｉ（ｐ ｒ— ｐ ｙｉ Ｓ ， Ｓ ） 配 子 体 型 Ｓ ｇ ｍｅｏ ｈ ｔ Ｉ ｈ ｔ Ｉ Ｓ Ｉ 和 ｃ Ｉ（ ａ ｔｐ ｙ ｉ Ｓ ， ｃ ＧＳ ） Ｉ两类 ， 一种 自交 不 亲 和遗 传 型 比后 一 种更 为 前 复杂 ， 受精 的结果 多是 由亲 本 的基 因型决 定 的 。 其 芸 薹属 植 物属 于 典 型 的孢 子 体 自交 不亲 和 ， 这 种 自交不 亲和受 一个 带有 复 等位 基 因的 多态性 ｓ基 因座 （ — ｃ ｓ所 控 制 ， 一个 Ｓ基 因 座上 ， Ｓｌ ｕ ） ｏ 在 可含有 多
自交不 亲和 性 （ｅｆ ｎ ｏ ａｉｉｔ Ｓ ） 显 花 ｓｌ ｉｃ ｍｐ ｔ ｌｙ， Ｉ是 — ｂｉ
个 Ｓ等 位 基 因 （ 亦称 Ｓ单 元 型 ） 目前 芸薹 属 已鉴 定 ， 出１ ０多个Ｓ等位 基 因 ， 甘 蓝 中发 现５ ０ 在 ０多个Ｓ等位 基 因 ， 芜菁 中发 现 ３ 在 ０多个Ｓ等位基 因 。 在这个Ｓ多 基 因家 族 中 ， 含 ３类 基 因 ： ＲＫ（ — ｃ ｓｒｃｐｏ 包 Ｓ Ｓ ｌ ｕ ｅｅ ｔｒ ｏ ｋｎ ｓ ， ｉａ ｅ Ｓ位 点 受 体激 酶 ） Ｓ 、Ｉ Ｇ（Ｓｌｃ ｓｇｙ ｏｐ ｏ — ｕ ｌｃ— ｒ— ｏ ｔｉ ， ｅｎ Ｓ位 点 糖 蛋 白 ） Ｓ Ｒ（ — ｃ ｓｃ ｓｅ —ｉ 及 Ｃ Ｓ ｌ ｕ ｙｔｉ ｒ ｈ ｏ ｎ ｃ
多倍体植物自交不亲和性研究进展
多倍体植物自交不亲和性研究进展【摘要】本文主要介绍了多倍体植物自交不亲和性研究的最新进展。
文章从自交不亲和性的概念和机制入手，介绍了自交不亲和性的定义和作用机制。
然后，探讨了影响自交不亲和性的因素以及常用的研究方法。
接着，详细讨论了自交不亲和性研究的进展，包括相关研究成果和重要发现。
文章还阐述了自交不亲和性在遗传改良中的应用和意义。
综合全文内容可知，多倍体植物自交不亲和性的研究对于促进植物遗传改良具有重要意义，未来的研究方向可以进一步深入探讨其遗传机制及应用潜力，为农业生产提供更多有益信息。
【关键词】多倍体植物、自交不亲和性、研究、概念、机制、影响因素、方法、遗传改良、重要性、未来研究方向。
1. 引言1.1 多倍体植物自交不亲和性研究进展多倍体植物自交不亲和性是指同一个植物个体的花粉与卵细胞结合时，由于一系列的遗传和生理因素导致的结合失败现象。
自交不亲和性对于植物种群的遗传多样性和进化具有重要意义。
随着对多倍体植物自交不亲和性机制的深入研究，人们逐渐认识到这一现象是由于植物自身对杂交的进化选择所形成的，有助于减少有害基因积累并维持遗传多样性。
针对多倍体植物自交不亲和性的研究，科学家们提出了多种假说和模型来解释其产生的原因，例如半载体效应、基因互作、表观遗传等。
通过遗传学、细胞生物学和分子生物学等技术手段的应用，研究人员逐渐揭示了自交不亲和性的分子机制和调控网络。
自交不亲和性的影响因素也逐渐被揭示，如环境因素、植物生长发育状态等均可能对自交不亲和性发挥作用。
在研究方法方面，包括传统杂交实验、分子标记分析、全基因组测序等技术对于多倍体植物自交不亲和性的研究提供了强大的支持。
自交不亲和性的进展研究为植物遗传改良提供了理论基础和实践应用，有助于培育抗逆性强、产量高的新品种。
未来的研究将继续探讨多倍体植物自交不亲和性的机制与调控，为植物遗传育种提供更深入的理论支持。
2. 正文2.1 自交不亲和性的概念和机制自交不亲和性是指在多倍体植物中由于自交结合特定基因座导致的不育现象。
多倍体植物自交不亲和性研究进展
多倍体植物自交不亲和性研究进展随着人类对植物遗传和生殖机制的深入研究，多倍体植物自交不亲和性成为了一个备受关注的研究课题。
自交不亲和性是指在植物自交过程中，同源染色体之间产生互斥作用，导致受粉卵母细胞发育异常或者不受精发生，最终导致种子萌发失败或者胚胎发育停滞，这种现象在多倍体植物中尤为常见。
自交不亲和性不仅会影响多倍体植物的种子繁殖，还会影响到杂交育种和种质资源开发利用，因此对多倍体植物自交不亲和性的研究具有重要的理论和应用价值。
多倍体植物自交不亲和性的研究内容包括自交不亲和性的遗传基础、发生机制、分子调控和生理生化等方面。
为了更好地探究多倍体植物的自交不亲和性，科研工作者们通过利用分子生物学、遗传学、细胞生物学等现代研究手段，取得了许多重要的研究进展。
以下将对多倍体植物自交不亲和性的研究进展进行综述。
一、自交不亲和性的遗传基础自交不亲和性是由多基因控制的复杂性状，遗传基础涉及到配子、胚胎和成熟植株三个层次。
自交不亲和性的遗传基础多样复杂，常见的遗传模型包括隐性致死、超显性休眠、两性混合不亲和性等。
隐性致死现象指的是自交不亲和基因隐性表达的结果是胚胎或大孢子形成异常，种子枯死而不是胚胎萌发。
超显性休眠指的是自交不亲和基因的超显性表达会导致种子萌发或种子发育的异常。
两性混合不亲和性则是指两个异源物种杂交后的不亲和性。
在日益深入的研究中，多倍体植物自交不亲和性的遗传基础得到了较为深入的探究，例如玉米自交不亲和性的研究发现，自交不亲和基因在个体杂交中的发育具有隐性致死特点。
而西瓜自交不亲和性的研究中则发现自交不亲和性可能由一对隐性自交不亲和基因引起。
这些研究不仅有助于揭示多倍体植物自交不亲和性的遗传规律，还为相关生物的杂交育种提供了理论支持。
二、自交不亲和性的发生机制自交不亲和性的发生机制一直是科研领域争论的焦点。
多倍体植物的自交不亲和性问题主要体现在两个层次，一是染色体层次，即同源染色体之间的互斥作用导致个体幼胚发育停滞；二是细胞层次，即生殖细胞的发育中互斥作用导致受精卵的形成异常。
多倍体植物自交不亲和性研究进展
多倍体植物自交不亲和性研究进展多倍体植物是指某些植物由两个或更多组染色体构成的生物体，如三倍体、四倍体等。
多倍体植物具有很高的遗传多样性和适应性，被广泛应用于农业和园艺中。
但是，多倍体植物在自交繁殖中存在不亲和性问题，这限制了其生产和繁殖的效率。
因此，多倍体植物自交不亲和性研究一直是植物学领域的热点之一。
多倍体植物自交不亲和性的形成机制还存在争议。
早期研究表明，自交不亲和性可能是由于染色体不分离和不完全复制引起的。
不过，随着分子遗传学和生物化学技术的发展，越来越多的证据表明，多倍体植物自交不亲和性的形成机制与生长素和蛋白质代谢有关。
例如，多倍体植物根尖细胞的生长素水平比二倍体植物低，这可能影响到花器官的形成和发育，从而导致自交不亲和性。
在研究多倍体植物自交不亲和性的过程中，发现了一些相关的基因和调节因子。
例如，S5基因是水稻自交不亲和性的主要调控基因之一，其编码的蛋白质能够与其他蛋白质结合，调控自交不亲和性的表现。
此外，一些研究表明，多倍体植物中某些非编码RNA也可能参与到自交不亲和性的调控中。
近年来，随着遗传和分子生物学技术的不断发展，人们对多倍体植物自交不亲和性的研究取得了很大的进展。
例如，通过转录组和蛋白质组分析，成功鉴定了一些与自交不亲和性相关的基因和代谢通路，并分析了它们在多倍体植物中的功能和作用。
此外，利用基因编辑技术和杂交育种方法，也取得了一些在实践中可行的改良杂交品种。
总的来说，多倍体植物自交不亲和性的研究还有很多问题需要解决，但是随着研究技术和方法的不断更新和完善，相信未来一定会有更多的新进展和发现，为多倍体植物在生产和繁殖中的应用开辟更广阔的前景。
芸薹属植物自交不亲和性研究进展
官 具有 相 同 的 Ｓ基 因时 ， 配不 亲 和 ， 雄双 方 的 交 雌
Ｓ基 因不 同时 交 配能亲 和 。
头表 面 的 胼 胝 质 。其 中 白 菜 （ ｒｓｉ ｏ ｅ－ Ｂ ａｓ ａ ｃｍｐ ｓ ｃ
ｔｉ 等 自交 不 亲 和是 花 粉 在 柱 头 上 能 萌 发 ， 不 ｒ） ｓ 但 能穿 透 柱头 乳 突 细胞 ； 甘 蓝 （ ｒｓｉ ｌ ａ ｅ ） 而 Ｂ ａ ｓ ａｏｅ ｃａ ｃ ｒ 等， 花粉 在柱 头上 不能 正 常萌发 ， 花粉 与 柱 头接触 后， 花粉 和 乳 突 细 胞 胼 胝 质 （ａｌｓ ） 断 积 累 。 ｃｌ ｅ 不 ｏ
的 Ｓ 就 是 由 Ｓ 和 ｚ ２个 位 点 控 制 的 ， 甜 菜 Ｉ 一 一 而
则 为 ４ 因控制 。 基
柱 头不 能 区分 自体或 异体 花粉 ， 实现 自体 受精 。 能
２ 自交 不 亲和 性 的机 理
自交不 亲 和性 （ Ｉ是花 粉 与雌蕊 综 合 作 用 的 Ｓ）
结果 ， 涉及 花粉 识别 和 拒绝过 程 ， 具有 自交 不 亲和
三核 花粉 和 干性 柱 头 ， 粉 的 抑制 作 用 发 生 在 花 花
粉 与柱头作 用 的初期 ， 自交 抑 制并 非 花器 形 态 学
材 料 的亲 和 特性 ， 以便 自花授 粉 和 回交 。 目前 普
遍 认为 ： 自交 不亲 和性 由 Ｓ基 因控制 ， 当雌雄 性器
上或 时 间上 的障碍 ， 是花粉 与 柱头 相互 作用 后 ， 而
（ ｅＮｅｔｎ ｏ ｒ １ ７ ） ｄ ｔａ ｃ ｕ ， ９ ７ 。Ｔ ｋ ｈ ｔ （ ９ ０ 研 究 了 ａ ａ ａａ １ ９ ）
植物配子体型自交不亲和性作用机理研究进展
ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｓ ｐ ｏ ｒ ｏ ｐ ｈ ｙ ｔ ｉ ｃ ， Ｓ Ｓ Ｉ ） ， 其 中Байду номын сангаасＧ Ｓ Ｉ 在茄 科 、 蔷 薇科 、 禾
本科 、 玄 参科 和罂粟科 等植 物 中较常见 。 为此 ， 本文 重 点介 绍近 年来Ｇ Ｓ Ｉ 作用 机理 的研 究进展 ．并 针对 当前 存 在 的不 足予 以展望 ， 以期 为 同行提供 参 考 。
Ｏ 引言
自交不 亲 和性 （ Ｓ ｅ ｌ ｆ － ｉ ｎ ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｔ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ， ｓ Ｉ ） 也称 自交
蔷薇 科 （ Ｒ ｏ ｓ ａ ｃ ｅ ａ ｅ ） 、 玄参科 （ Ｓ ｃ ｒ ｏ ｐ ｈ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ａ ｃ ｅ ａ ｅ ） 和桔
梗科 （ Ｃ ａ ｍ ｐ ａ ｎ ｕ ｌ ａ ｃ ｅ ａ ｅ ） 中被 发现 。 Ｓ — Ｒ ｎ ａ ｓ ｅ 是Ｓ 基 因所 编 码 的Ｓ 一 等 位 基 因 专 一性 蛋 白 （ Ｓ 一 糖蛋 白） ， 属 于 碱
水平研究分析亲和突变体材料 与 自交不亲和材料 的成 熟花粉及其花柱蛋 白表达谱 ，并利用ＭＡ Ｌ Ｄ Ｉ － Ｔ Ｏ Ｆ 质谱鉴定差异
蛋白， 从 中选 出候 选 差 异基 因 。 进 而揭 示Ｓ Ｉ 的作 用机 理 。
关键词 ： 配子体型 自交不亲和性（ Ｇ Ｓ Ｉ ） ； Ｓ － 核 酸酶 ； Ｕ ｂ ／ ２ ６ Ｓ 蛋 白酶体途径 ； 信号级联反应 中图分类号： Ｑ ９ ４ ４ ． ４ ６ 文献标志码 ： Ｂ 文章 编号 ： １ ６ ７ ４ — ５ ８ ６ ８ 一 （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３ — ０ ０ ７ ６ — ０ ３
花 粉决定 因子 则被确 认为 一类Ｆ — ｂ ｏ ｘ 蛋 白［ ５ ］ 。 １ ． １ Ｓ 一 核 酸酶作 用模 型
草育种学雄性不育和自交不亲和进展
B SPT (seed production technology)技术原理 水稻隐性核不育系（ms/ms)
载体转化
水稻核保持系（ms/MS-SPT)
荧光色选技术
隐性不育系(ms/ms)
核保持系(ms/MS-SPT)
A. 独立（ S1=S2）则不亲和 B. S1 隐性（S1<S2）则亲和，后代基因型为S1S1+S1S2
C. S1显性（ S1>S2）则不亲和
D. 竞争减弱 S1存在削弱S2，S2存在削弱S1，结果为弱亲和。
自交不亲和性的机理
• 花粉决定因子 AhSLF-S • S-核酸酶 S-RNase
A 表达载体
配子体自交不亲和性
按基因型的不同，有三种亲和关系：
（1）自交 （2）半异交 （3）完全异交
豆科、禾本科、茄科、蔷薇科
孢子体自交不亲和性
十字花科、菊科和旋花科
（1）雌、雄孢子体间无相同S基因，表现亲和。 S1S1×S2S2 S1S2×S3S4
（2）雌、雄孢子体有一个相同的S基因（S1S1×S1S2 ）
如：玉米M型不育系、水稻红莲Ａ等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
质－核互作遗传型
不育胞质基因载于何处？
它如何与核基因相互作用 而导致不育？
光、温敏核不育
﹡水稻光敏核不育材料： 长日照条件下为不育 (＞14h，制种)； 短日照条件下为可育 (＜13.75h，繁种)。 ﹡水稻温敏核不育材料： ＞28℃，不育； ＜23-24℃育性转为正常。
malesterility细胞质型不育系的不育性只能被保持而不能被恢复目前已在270多种植物中发现有细胞质雄性不育现象隐性核不育无保持系这种核不育的利用有很大的限制性cytoplasmicmalesterilitycms胞质不育基因为s
植物自交不亲和性分子机理的研究进展
作者简介 ： 国华（９ ０ ， ， 徐 １７ 一）男 江苏盐城人 ， 江苏教育学 院生物系讲 师 ， 南京农 业大学博士研究 生 ， 主要从 事果树 自
交不亲和性分子机 理研 究 ．
维普资讯
第１ 期
豫国华 ， ： 等 植物 自交不亲和性分子机理的研究进展
机制， 第一种就是首先 从茄科 （ｏｎｃ ｅ 植物 中发现 的 Ｓ—Ｒ ａ 系统 Ｊ以后陆续在蔷薇科 （ ｏ ｃ． ｓｌ ａｅ ） ａ ａ Ｎｓ ｅ ， ｔｍ ｅ ｌ ａ）］玄参科（ｅ ｐｕ ｒｅａ） 和桔梗科 （ａ ｐｎ ｅ 、 Ｓ ｈｌｉ ｅ ｍ ａａ ｅ Ｃｍ ａ￣ ） 中也发现这个系统 的存在 ； 另一种是在罂粟
２ 配 子体 型 自交不 亲 和 性
在单一基因位点控制的配子体型 自 文不亲和性反应 中， 目前在分子水平上 已初步阐明了 ２ 种不 同的
收稿 日期 ：０ １ ９ ４ ２０ —０ —０ 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（０７６ １ ； 等学校博 士点基 金资助项 目（０ １３７１ ） 江苏教育学 院“ ３ １０ ５） 高 ２０ ０００ ２ ； 十 五” 重点课题和南京 师范大学资源生物重点实验室开放研究 基金 资助项 目
科 （ａａｃｏｅ 中发现 的 ． Ｖｐｖｒ３￣） ｌｌ ２ １Байду номын сангаас科植物 的自交不亲 和性 ．茄
在茄科植物中， 无论是亲和性受粉还是不亲和性受粉， 花粉都会萌发并沿花柱 的引导组织向子房方向生 长， 但是不亲和性花粉管长到花柱总长度的 １ 处时生长停止． 已经对不同基因型的花粉蛋 白进行 了长 ／ ３ 人们 时间的研究 ， 希望从中发现与 ｓ相关 的蛋白质 ， Ｉ 但是到目前为止茄科植物的的花粉 Ｓ 基因产物仍然没有确 定． 就花柱内 Ｓ Ｒ ａ 抑制 自 — Ｎｓ ｅ 花花粉管生长 目 前提出了２ 种模型（ １引 自 图 ， 文献［］ ３并作适当修改） ． 模型 Ｉ 为 只有 Ｓ —Ｒ ａｅ 以通 过 花粉 管 上的 认 Ｎｓ 可 螗 Ｓ Ｎ ￣ －ｍ Ｒ 等位 基因特异性受体进入 ｓ 花粉管 ， 】 而其他的如 是 一
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植物自交不亲和研究进展
刘月美
（北京师范大学生命科学学院）
摘要：近年来，对植物自交不亲和的研究进展迅速。
本文主要综述了植物自交不亲和性的机制、自交不亲和基因的研究、对自交不亲和的鉴定以及利用等方面的研究进展，并对植物自交不亲和性的研究与发展前景进行了展望．
关键词：自交不亲和性；
引言：植物自交不亲和性( 亦称种内不亲和性, self- incompatibility) 是显花植物的一种常见现象, 指能够产生具有正常功能且同期成熟的雌雄配子的雌雄同体植物在自花授粉或相同基因型异花授粉时无法受精。
此现象作为一种因自花授粉障碍形成的遗传屏障, 既保持种内的遗传变异性, 又有利于杂交育种。
国内外对于植物自交不亲和现象进行了很多研究，包括植物自交不亲和机制的研究、植物自交不亲和遗传的研究，植物自交不亲和鉴定方法的研究、植物自交不亲和基因克隆以及研究如何克服和合理利用植物自交不亲和等方面，取得了突破性进展，但还存在这很多亟待解决和需要深入研究的问题。
本文针对目前国内外植物自交不亲和的研究情况进行扼要概述，并对其研究前景进行展望。
1植物自交不亲和性的机制
自交不亲和性是花粉与雌蕊综合作用的结果, 涉及花粉
识别和拒绝过程, 具有自交不亲和性的植物可以识别亲和与不亲和的花粉。
植物自交不亲和性根据花型不同，可分为异型
性SI和同型性SI．异型自交不亲和是指植物同一物种内不同个体花的雄蕊和雌蕊相对长度不同．同型自交不亲和是指花的形态结构相同，根据遗传机制不同又可分为孢子体型自交不亲和(sporophyticself-inconmpatibi1ity，SSI)与配子体型自交不亲和(gametophytic self-incompatibility，GSI)。
【1】SS I 由花粉母细胞的S-基因型决定,当它和雌蕊的基因型相同时, 花粉粒在柱头乳突表面萌发受阻, 如十字花科、菊科、旋花科植物等; GSI由花粉本身的S-基因型决定, 当它和雌蕊的基因型相同时,花粉一般能在柱头萌发并伸入花柱, 但花粉管在花柱中生长受到抑制, 如茄科、蔷薇科、罂粟科植物等。
【2】
【1】吴华清等．植物自交不亲和性的分子生物学进展．南京农业大学学报，2006，29(4)：119．126．
【2】程萍等.植物自交不亲和性的分子研究.安徽农业科学, Journal of Anhui Agr.i Sci 2008, 36( 32) : 13984-
13986。