利用基因工程创造植物雄性不育的策略
通过转基因途径获得植物雄性不育

第2 5卷 第 2期
辽 宁师范戈学学报 ( 自然科 学版)
Vo . No. 125 2
20 02阜 6月
Ju aoL oi om nei (a r cne di ) orlf in gNr ̄Uirt NtaSicEi n n a n v sy u l e t o
渗 漏 表 达( a ve口 虬 n . 决办 法 是 将 3 S 为 弱 启动 子 或 在 3 S驱 动 的 br T 2 k k x 嶙 i )解 o 5换 5 a 与 A 9驱 动 的 br t 中 加 上 一 段 间 ams e 隔 DN . sa NA来 阻断 这种 渗漏 表 达 . A 即 p rD
范 .
在 上述 启 动 子 中 T 2 A 9与 br a
的组 台 是 研 究较 多 、 用 也 较 为广 泛 的一 对 嵌 台基 因 . 应 一些 研 究 者 以 T 2-ans A 9bra e
的结构转化烟 草、 拟南芥 、 番茄和苜蓿 , hrae 使 n5 基因在绒毡层的细胞中特异表达, 专一性地破坏绒毡层 的发 育, 致使花 粉败 …. 国内外的太多数关于 T 2-an 嵌台基 因转化植 物的报道 中, 在 A 9h 聃e r 都指出转基因植株具雄性不育 的特征
能 目前一些在花药绒毡层 中特 异表达 的启 动子, 例如 T I 、 A 2 T 3 、 A 9 A 、 8 A ps6 A 3 T 3 、 A 6 T 2 、 3 A 、 9、ogB等
相 继被 发
现 。 这些 启动 子 与 brae 将 ans 构戚 嵌 台 基 因来 破 坏 绒 毡层 的发 育 以创 造 雄 性不 育 , 为 利 用 基 因 工 程 创 造 雄 性 不 育 的 典 成
基因工程创造新的植物雄性不育系研究的新进展

基因工程创造新的植物雄性不育系研究的新进展
王俐;章银梅;陈建南
【期刊名称】《生命科学》
【年(卷),期】2001(13)5
【摘要】报道了利用基因工程方法创造植物雄性不育系、恢复系及不育系的筛选和保留的研究成果。
【总页数】6页(P222-223)
【关键词】植物;雄性不育;反义基因;热激蛋白;分子伴侣;筛选;基因工程
【作者】王俐;章银梅;陈建南
【作者单位】中国科学院遗传研究所
【正文语种】中文
【中图分类】Q943.2
【相关文献】
1.植物生物技术在作物育种中的最新进展:雄性不育基因工程育种技术 [J], 金红;付春梅
2.基因工程培育可恢复的植物雄性不育系的研究进展 [J], 王玉锋;黄霁月;杨金水
3.应用基因工程技术创造植物雄性不育系 [J], 李祥;易自力;蔡能
4.植物核糖核酸酶与转基因工程雄性不育系研究进展 [J], 聂明建;王国槐
5.基因工程创造植物雄性不育研究进展 [J], 马沁沁;余懋群
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细胞异常程序性死亡与植物雄性不育

细胞程序性死亡 (P rogramm ed Cell D eath, PCD )的概 念由 G luchsman[ 6] 于 1951 年 首 先 提出。 1972 年 K err 等 [ 7] 将生理 刺激下细胞 的死亡命名 为 Apoptos is (凋 亡 ), 是指生物体在生长发育过程中, 由自身基因编码、 主动并有序的进程, 是生物体新陈代谢过程中正常的生 理反应。植物细胞凋亡的研究开始较晚, 最早提出植物 存在细胞凋亡的是 Greenb ery等 [ 8] 于 1994年发表的关于 拟南芥的过敏反应中出现细胞程序性死亡的报道。在 PCD发生过程中, 一般伴随有特定的形态、生化特征的 出现, 此类细胞死亡被称为凋亡 (A pop tosis)[ 9] 。当然, 也 有的细胞在 PCD 过程中并不表现凋亡的 特征, 这一类 PCD被称为非凋亡的程序 化细胞死亡 ( Non - apop totic Programmed Cell D eath)。
p lasm ic- gen icMale Sterility, CMS)。 由于植物雄性不育在杂交育种方面具有较大的利
用价值, 近年来已经成为植物遗传学和分子生物学研究 的一大热点, 并且随着分子生物学技术的不断发展和完 善, 从遗传、生理生化、细胞、分子生物学等各个生物学角 度都已进行了广泛和深入的研究。
江西农业学报 2011, 23( 4): 115~ 117 Acta Agr iculturae Jiangxi
细 胞异 常程 序性 死亡 与 植物 雄性 不育
李振星 1, 蔡 雄 2*
( 1. 云南农业大学 园林园艺学院, 云南 昆明 650000; 2. 云南省昆明市盘龙区绿化工程服务中心, 云南 昆明 650000)
基因工程培育可恢复的植物雄性不育系的研究进展

关 键 词 :雄 性不育;基 因工程; 件型/ 逆转 的雄 性不育;育性 恢复 条 可
Pr g e si hes ud fp o c n e e sb em a es e ieln o r s n t t y o r du i g r v r i l l t r l i e b e tce g n e i g y g ne i n i e r n
综 述
基 因工程培 育可恢 复 的植物 雄性 不育系 的研 究进 展
王 玉锋 一 , ,黄霁 月 杨金水 ,
1 .复旦大学 生命科学 学院遗传 工程 国家重点 实验室,上海 2 0 3 ; 0 4 3
2 .中 国科学 院上海生 命科学研 究 院植 物生理 生态所,上海 2 0 3 002
W ANG Fe g , Yu— n HUANG iYue , J— YAN G i S ui Jn— h
1SaeK yL br tr G nt n ier g Istto e ei , c o lf i cecsFua nvri ,h nh i 04 3 C ia . tt e a o aoyo e e c gn ei ,ntue fG nt sS h o Lf S ine, d nU iest S a g a 0 3 , hn f iE n i c o e y 2 2 Isi t ln hsoo y n c lg ,h n h intuef, il i l c ne, hns c d m cecsS a g a 0 0 2 .ntuefPa t y ilg dE ooy S a g a si tso boo c i csC iee a e yo i e,h n h i 0 3 , t o P a i t g as e A fS n 2
第三代杂交水稻技术的原理及应用成就

第三代杂交水稻技术的原理及应用成就1.原理第三代杂交水稻技术用了遗传工程和基因工程的技术。
普通核不育水稻通过基因工程育成的遗传工程雄性不育系,不仅兼有三系不育系育性稳定和两系不育系配组自由的优点,同时又克服了三系不育系配组受局限和两系不育系可能受环境影响和繁殖产量低的缺点[1]。
对环境条件不敏感的核雄性不育系在开花植物中很常见,然而,由于难以大量繁殖纯雄性不育系,其应用受到限制。
科学家想到了基于雄性不育与植株特殊表型之间的遗传关联,提出了多种在不同作物物种中繁殖和选择核雄性不育系的方法,然而,由于表型在植物发育中的晚表达或雄性不育与表型之间的不良联系,这些方法中的大多数未广泛应用于农业实践。
之后,科学家提出了通过基因工程的方法,讨论了获得保持系和纯核雄性不育系的两种策略,一种策略是将与种子颜色基因关联的生育力恢复基因转化到雄性不育植物中,以此来进行区分;另一种策略是将与花粉致死基因相关的生育力恢复基因转化到雄性不育植株中,花粉致死保持系与雄性不育系的异花授粉将产生纯雄性不育种子[2]。
第三代杂交水稻技术培育出的遗传工程雄性不育系每个稻穗上约结一半有色的种子和一半无色的种子,无色的种子是非转基因的、雄性不育的, 可用于制种, 因此制出的杂交稻种子也是非转基因的; 有色种子是转基因的、可育的,可用来繁殖, 其自交后代的稻穗,又有一半结有色、一半结无色的种子,利用颜色区分将二者彻底分开, 因此, 制种和繁殖都非常简便易行。
2.应用成就袁隆平带领科研团队在2015年成功创制了普通核不育系Gt1s、繁殖系Gt1S及其第三代杂交水稻。
全国推广第三代杂交水稻1亿亩,可以增产稻谷200亿公斤;中长期内可使世界杂交水稻面积提高5倍以上,使中国在杂交水稻研究上保持持续领先的优势;1亿亩第三代杂交水稻生产只需要3000亩繁殖田,能够很好把控。
而且所转3个基因分别来自玉米、珊瑚及水稻自身,它们已经在美国等多个国家被批准使用[3]。
人工诱导雄性不育的研究进展

植 物 雄 性 不 育 是作 物 杂 种 优 势 利 用 的 重 要 途 径 .杂种 优 势 利 用 已成 为 许 多 作 物 育种 的 主要 方 向和 目标 .并 在 生 产 上 取 得
12 基 因工 程创 造 雄 性 不 育 的 方 法 .
1 . 特 异 表 达 基 因 破 坏 花 药绒 毡 层 的雄 性 不 育 基 因 绒 毡 层 .1 2 是 开 花植 物 花粉 发 育 过 程 中 独 特 的分 泌 细 胞 。它 活跃 的代 谢 与
造 和 筛选 才 能 获 得 雄 性 不 育植 株 .所 以人 工 选 育 雄 性 不 育 植 株
就 成 为 获得 杂种 优 势 的 捷 径
启 动 子 如 T 3T 9A A 1 、A 2 、 3和 A 9等 . 这 些 启 动 子 与 细胞 毒 紊 将
基 因 嵌 合 , 样 由于 细胞 毒素 基 因的 特 异 表 达破 坏 了花 粉 、 这 花药 的 发 育过 程 . 而导 致 雄 性 不 育 , 可 以破 坏 绒 毡层 的发 育来 创 从 就 造 雄 性 不 育 了 。B mae基 因 是 Ha e a s r v在 淀 粉 芽 孢 杆 菌 B e. l f ai l
峰 。() U l 从 拟 南 芥 中分 离 出 来 的 编 码 微 管 蛋 白基 因 。 的 dT A : 它 转 录 只 在 花 器 官 中 。在 开 花 期 时 含 量 达 到 最 高 。 5 侧 翼 区 的 9b 7 p一 段 序 列 可 保 证 基 因在 花 粉 和 未 成 熟 花药 中 表 达 T A U 1 启 动 子 的 5 /9 O 66 B X位 于 T Al 录 起 始 位 点 上 游 的一8 — 7 U 转 7 9 处 的 序 列决 定 了启 动 子 的 活性
利用杂种优势的途径五:利用植物雄性不育性.

利用植物雄性不育性生产杂种种子雄性不育是指雄性器官发育不良,失去生殖功能,导致不育的特性。
雄性不育性在植物界普遍存在。
据Kaul(1988)报道,已经在43科162属617个物种及种间杂种中发现了雄性不育,其中包括玉米、水稻、小麦、高粱、油菜、棉花等主要农作物。
雄性不育可以作为重要工具用于各种作物的杂交育种和杂种优势利用,特别是自花授粉作物和常异花授粉作物的杂种优势利用,更是把雄性不育作为最重要的途径。
当杂交母本获得了雄性不育性,就可以免去大面积繁殖制种时的去雄劳动,降低生产成本,提高杂种种子质量,带来更大的经济效益。
一、植物雄性不育性的分类(一)质核互作雄性不育质核互作雄性不育是受细胞质不育基因和对应的细胞核不育基因共同控制的不育类型,常被简称为胞质不育(CMS)。
当胞质不育基因S存在时,核内必须有相对应的隐性不育基因rr,个体才表现不育。
在杂交或回交时,只要父本核内没有显性可育基因R,则杂交子代一直保持雄性不育,表现细胞质遗传的特征。
如果细胞质基因是正常可育基因N,即使核基因是rr,个体仍然正常可育;如果核内存在显性可育基因R,不论细胞质是S或N,个体均表现育性正常。
按照细胞质中有可育基因N或不育基因S,细胞核中有显性可育基因RR,隐性不育基因rr,杂合基因Rr,质核结合后将会组成6种基因型(表10-1)。
6种基因型中只有S(rr)一种不育,具有这种基因型的品系或自交系就称雄性不育系,简称不育系(A)。
它由于细胞质基因体内生理机能失调,以致雄性器官发育不良没有生殖能力,但它的雌蕊是正常的,可以接受外来花粉而受精结实。
其余5种基因型都是可育的,如果以不育型为母本,分别与5种可育型杂交将会出现以下三种情况:表10-1 质核互作的6种遗传结构细胞核基因细胞质基因RR Rr rr N(可育)N(RR)可育N(Rr)可育N(rr)可育S(不育)S(RR)可育S(Rr)可育S(rr)可育(1)S(rr)×N(rr)→S(rr),F l全部表现不育,说明N(rr)具有保持不育性在世代中稳定传递的能力,具有N(rr)基因型的品系或自交系称雄性不育保持系,简称保持系(B)。
高考生物二轮复习专题专练(16) 雄性不育与生物育种

高考生物二轮复习专题专练(16) 雄性不育与生物育种从“高度”上研究高考[典例](2021·天津高考)黄瓜的花有雌花、雄花与两性花之分(雌花:仅雌蕊发育;雄花:仅雄蕊发育;两性花:雌雄蕊均发育)。
位于非同源染色体上的F和M基因均是花芽分化过程中乙烯合成途径的关键基因,对黄瓜花的性别决定有重要作用。
F和M基因的作用机制如图所示。
(1)M基因的表达与乙烯的产生之间存在______(填“正”或“负”)反馈,造成乙烯持续积累,进而抑制雄蕊发育。
(2)依据F和M基因的作用机制推断,FFMM基因型的黄瓜植株开雌花,FFmm基因型的黄瓜植株开________花。
当对FFmm基因型的黄瓜植株外源施加________(填“乙烯抑制剂”或“乙烯利”)时,出现雌花。
(3)现有FFMM、ffMM和FFmm三种基因型的亲本,若要获得基因型为ffmm的植株,请完成如下实验流程设计。
[解析](1)据图分析,M基因的表达会促进乙烯的产生,乙烯的产生又会促进M基因的表达,即二者之间存在正反馈,造成乙烯持续积累,进而抑制雄蕊发育。
(2)分析题图并结合题意可知,FFmm基因型的黄瓜植株开两性花。
当对FFmm基因型的黄瓜植株外源施加乙烯利时,较高浓度的乙烯会抑制雄蕊的发育,出现雌花。
(3)现有FFMM、ffMM和FFmm 三种基因型的亲本,若要获得基因型为ffmm的植株,可以将FFmm(开两性花)作母本,ffMM(开雄花)作父本,后代F1基因型为FfMm(开雌花),再用未经处理的F1作母本,对部分F1植株施加适量的乙烯抑制剂,使其雄蕊发育作父本,杂交后代即会出现基因型为ffmm 的植株。
[答案](1)正(2)两性乙烯利(3)FFmm ffMM乙烯抑制剂从“深度”上提升知能(一)杂交育种的不同过程1.三系杂交稻的原理三系杂交稻是我国研究应用最早的杂交水稻之一,由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成。
(1)不育系(代号A)的花粉不育,这种雄性不育由细胞质基因(ms)控制,不育系为生产大量杂交种子提供了可能性。
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专论与综述
利用基因工程创造植物雄性不育的策略
王永飞! , 马三梅! , 韩毅科" , 王
摘
鸣"
(! # 烟台师范学院生物系, 山东 烟台, 陕西 杨陵, "$%&"’; " # 西北农林科技大学园艺学院, (!"!&&)
[&’] 系统的工作原理启示下, 于 &’’( 年又将 )"#%"*+ !"#$"%$
串联在一起, 构建在一个植物表达载体上转化植物, 便可以
[(’, 31] 解决雄性不育系的保持问题 。这样, 在转基因植物中,
的抑 制 剂 )"#*,"# 的 基 因 与 烟 草 花 药 绒 毡 层 特 异 启 动 子 并获得 -.(’/ !"#$%"# 的转基因油 -.(’ 串联构成嵌合基因, 菜, 这些油菜便是 -.(’/ !"#&"$’ 的转基因工程不育油菜的 恢复系。 -.(’/ !"#$%"# 的转基因油菜雄性可育, 花药绒毡层 发育良好, 无任何不良表现。以 ( ) (’ *!"#&"$’ 转基因油菜 做母本 与 -.(’/ !"#$%"# 转 基 因 油 菜 杂 交 所 得 的 同 时 含 有 -.(’/ !"#&"$’ 和 -.(’/ !"#$%"# 两种基因的后代恢复雄性可 育, 和未转化的正常油菜的花药相比, 花药的发育和开裂正 常无异, 花药的绒毡层发育良好, 能产生大量有功能的花粉 粒。花粉粒的结构、 萌发和受精功能皆正常。这为应用基因 工程手段创造植物不育系相应的恢复系开辟了道路。 由于 -.(’ 启动子在单子叶和双子叶植物中均能正确 表达, 所以 !"#&"$’ + !"$%"# 系统可广泛地应用于农作物的杂 交种子生产中。对于该雄性不育系的保持问题, 则以未转化 的对照正常植株为其保持系, 进行授粉保持。但由于 -.(’/ 当与正常对照植株 !"#&"$’ 转基因植株为显性杂合不育系, 杂交后, 其杂交后代中会出现 012 的可育植株。为了解决这 一问题, 只要将 -.(’/ !"#&"$’ 嵌合基因再和抗除草剂基因
[!(] 等 在淀粉芽孢杆菌 ,%;-..<5 %( 0.*.-B<# + ;-#)5 的 “ P0- 酶 Q
杂种优势利用的关键环节, 但利用常规的育种方法来选育不 育系存在周期长, 见效慢, 不育基因单一, 对环境因素影响敏 感等问题, 远不能满足生产发展的需要。近年来, 通过基因 工程创造植物雄性不育系及其恢复系已在一些作物上获得 了成功
[3(] 是其生物合成的关键酶。 !++# 等将 “花药盒序列” RF<)
另外, 0$1 > ! 是水稻花药绒毡层高度特异表达的启动 子, 它仅在水稻花粉发育的花粉母细胞减数分裂至单核花粉 期表达。 -*H96$D" 等将 0$1 > ! 启动子与 23 4 基因相连成融 合基因, 转化烟草和水稻证明 0$1 > ! 启动子与 23 4 基因在
03D
遗
传 "T$T6N/&#( RGBUBFJ) 0((,
0* 卷
嵌合基因, 导入矮牵牛, 实现了 !"# 反义 $%& 基因在矮牵 牛花药绒毡层中的表达, 抑制了 !"# 的合成, 阻碍了花粉的 正常发育, 得到了雄性不育的矮牵牛植株。雄性不育作母本 表 与正常的品系杂交可正常结实, 且后代有 ’() 的不育株, 明不育性能稳定遗传。但是究竟怎样培育出恢复系尚待进 一步探讨。目前研究发现, !"# 缺失突变体的花粉能在野生 柱头上部分萌发, 其雄性不育的表型亦可通过添加微摩尔级 的黄酮醇而得到恢复
[(I] 烟草和水稻花药绒毡层中表达。张晓国 等将 0$1 > ! 启 动子与 !"#&"$’ 和 !"#$%"# 基因连接, 构建了水稻不育系及其
育性恢复的表达载体, 并得到了转基因植株。 除花药绒毡层特异启动子外, J7H 等 &"$’ 基因。 J6"% 等
[31] [(’]
以花粉特异启动
子 ( 87@@+% *8+9$K$9 8#7L7,+#, 与 !"#&"$’ 构建了 5<M/ !"#* 5<M) 将 5<M/ !"#&"$’ 基因转入烟草亦获得
作者简介: 王永飞 (!+(" . ) , 男, 汉族, 山西壶关人, 博士, 副教授, 专业: 植物 遗 传育 种 和分 子 生 物学。电话: &’,’ . $$("(($, TS<;8H: K;45 M I345678U "$, M 47D
3期
王永飞等: 利用基因工程创造植物雄性不育的策略
(??
不育基因与抗除草剂基因是紧密连锁的, 二者同时存在或同 时消失。由此, 便可以通过施用除草剂有选择地将雄性可育 植株杀除, 将雄性不育株保留下来而得到保持。例如 4+%$*
[(1] 等 将 -.(’/ !"#&"$’ 嵌合基因再连接上组成型表达的 !"#
基因, 转基因不育系由于基因连锁遗传, 具有对除草剂 55[(&] ( 567*86$%7#,6#$9$%) 或双丙氨膦的抗性。刘玉乐等 构建了
[!*] 的影响。 9;B8;48 等 把 ?-"+ 与 ,%&)%5# 基因相连, 得到
, 为作物杂种优势的利用开创了新的前景。
目前利用基因工程创造雄性不育的策略主要是利用花 粉发育的特异启动子与外源基因嵌合, 构建表达载体, 转化 植物来阻断花粉发育的过程从而达到雄性不育的目的。本 文对有关这方面的研究进展综述如下。
[! O ,] 许多作物的主要育种方法 。作物雄性不育系的选育是
一些在绒毡层中特异表达的启动子例如 ?-!,、 ?-"+、 -,、 -*
[* O !$] 和 -+ 等 , 将这些启动子与 ,%&)%5# 基因嵌合, 以破坏
绒毡层的发育来创造雄性不育的方法, 已被认为是利用基因 工程 创 造 雄 性 不 育 的 成 功 典 范。 ,%&)%5# 基 因 是 =;BDH7I
[3&] 了雄性不育植株。凌定厚等 利用基因枪介导法将 5<M/
!"#&ห้องสมุดไป่ตู้$’ 基因转入水稻也获得了雄性不育植株。 5$6 利用反义 789 技术获得植物雄性不育
("%,6+# G7S *+TH+%9+) 与 R"! U30< 启动子串连, 使其在花药 中表达, 然后将 RF< 基因的反义 NO. 基因与之串联构建成
要: 本文对利用基因工程创造植物雄性不育系和恢复系的研究进展进行了综述, 并对其在杂种优势利用中的
应用前景进行了展望。 关键词: 基因工程; 雄性不育; 杂种优势 中图分类号: )(*+; ),"! # $ 文献标识码: 文章编号: ("&&!) &"’, . +((" &, . &"($ . &’
[% O (]
防御系统中发现的。此芽孢杆菌能合成 P0- 酶抑制因子” 以保护它不受微生物捕食 一种叫 R;B4;C7 的细胞外 P0- 酶, 者的侵害; 而 R;DCD;B 则是 R;B4;C7 特异的 P0- 酶抑制因子, 被 , ! %( 0.*.-B<# + ;-#)5 用于保护自身不受 R;B4;C7 细胞毒素
12&/",3/: ?@7 AB35B7CC 84 CDEF87C 34 84FEGD834 36 <;H7 CD7B8H8DI ;4F B7CD3B7B H847 84 AH;4D JI 5747 7458477B845 K;C B7L87K7FM ?@7 AB3CA7GDC 34 ;AAH8G;D834 36 D@8C <7D@3F 84 @7D7B83C8C ED8H8N;D834 K7B7 F8CGECC7FM 4%0 5#"6&: <;H7 CD7B8H8DI 84 AH;4D; @7D7B3C8C ED8H8N;D834 5747 7458477B845; 杂种优势是生物界的一种普遍现象。利用杂种优势可 以显著地提高作物产量, 改善作物品质, 因此杂种优势利用 在农业生产中占有重要的地位。近几十年来, 杂种优势在农 业生产上已取得了举世瞩目的成就。杂种优势育种已成为
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7M7
利用基因工程创造植物雄性不育的策略
特异表达细胞毒素基因破坏花药绒毡层创造雄性不育 绒毡层是显花植物花粉发育过程中一种独特的分泌细
胞, 其活跃的代谢与花粉的发育有着密切的关系。现已发现
收稿日期: 修回日期; "&&& . &$ . "(; "&&! . &! . &" 基金项目: 烟台师范学院博士科研启动基金资助项目
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