课程报告 细胞质雄性不育
雄性不育
雄性不育系几乎所有的二倍体植物，不论是野生或栽培的，都可以找到导致雄性不育的核基因。
据不完全统计,现已发现近200种植物存在着核质互作型的雄性不育性，其不育程度和遗传稳定性颇不相同。
育种上需要的是对环境条件不敏感，能够稳定遗传的雄性不育系。
雄性不育系主要在杂种优势利用（植物）上作母本，可以省去去雄工作,便于杂交制种,为生产上大规模利用杂种一代优势创造条件。
核、质互作型不育系的种子繁殖，须靠一个花粉正常而又能保持不育系不育特性的雄性不育保持系授粉。
杂交制种则须有一个花粉可育，并能使杂种恢复育性的育性恢复系。
这样，不育系、保持系和恢复系（分别简称A、B和R 系）三系配套,就成为利用不育系以大量配制杂交种子的重要前提。
雄性不育系主要可分两类：一、细胞核雄性不育系即由控制花粉正常育性的核基因发生突变而形成的不育系。
1、不育机制：一般由1对隐性基因控制，但也有由2～3 对隐性基因互作而产生的雄性不育性（如莴苣）。
假如控制花粉正常育性是一对显性基因RfRf，则由于隐性突变,杂合体Rfrf自交后将会分离出纯合基因型rfrf,表现为雄性不育。
大麦、玉米、高粱、大豆、番茄、棉花等很多作物都有这样的突变体。
但偶尔还发现有杂合的显性核不育现象。
其正常可育的基因型为msms，而经显性突变后产生的杂合基因型Msms会由于Ms的显性作用表现为雄性不育,当它被正常育性植株msms授粉结实时,其子代按1:1比例分离出显性不育株和隐性可育株,并依此方法代代相传。
1972年中国在山西省发现的由显性单基因控制的太谷核不育小麦就属于此类。
2、利用：因隐性核不育系难以找到有效的保持系，故不能大量产生不育系种子供制种用；但可用杂合可育株给不育株授粉，在正常育性受 1对显性基因控制的情况下,其子代将按1:1比例分离出纯合不育株和杂合可育株。
用杂合可育株对不育株授粉,下一代育性分离仍是1:1的比例。
采用这种作法可以较大量地繁殖不育株与可育株的混合群体。
第10章 雄性不育
因此，孢子体不育的特点是：不 育系与恢复系杂交时，所获得的杂种 一代，花粉全部正常，结实也全部正 常，但杂种二代因不育基因分离重组， 将有不育株产生。
当孢子体中带有可育的细胞质基因N 或核Rf时，不论配子体（花粉）的基因是 Rf或rf，这种花粉都是正常可育的。不育 系与纯合的恢复系杂交所得到的杂交种F1 是正常雄性可育的，F1自交的F2群体中的 植株产生3∶1或9∶7或15∶1 的育性 （可育∶不育）分离。
第一季高不育系混合种子自交种子有标记无标记恢复系具有显性标记杂交苗用于大田用于制种高不育系利用杂种优势示意图90二核不育系的选育和利用1核不育系的选育将适宜做不育系的品种进行诱变处理在其后代群体中可获得核不育株核不育株经与原品种杂交杂种表现可育收获其种子种植成群体单株间将会出现不育和可育的分离该群体自由授粉在不育株上收获种子后代又呈现不育和可育分离几代后分离比例将稳定为11
（1）诱导育性转换的主导因子是光和 温。根据光温作用可分为三类：
第一类，光照长度是决定育性转换的 主要因子，温度只起协调作用，称为光敏 型核不育 。这类型包括长光不育、短光可 育和短光不育、长光可育两种。
第二类，育性受控于幼穗发育敏 感期的温度，光照长度基本不起作用， 称为温敏型核不育，这类型包括高温 不育低温可育和高温可育低温不育两 种。
2、配子体雄性不育
配子体雄性不育是指不育系花粉的育 性受配子体本身基因型控制的这一类型的 雄性不育，配子体基因为不育时花粉表现 不育，配子体基因为可育时花粉育性表现 正常。
因此，配子体不育的特点是：不育系与恢复 系杂合所获得的杂种一代，花粉有二类（不育与 可育），而且各占1/2。即子一代的花粉只有半 数左右是正常的，但是它并不影响结实，子一代 的结实率全部正常。由于子一代带有不育基因的 花粉败育不参加受精，因此子二代配子有两种基 因型（Rf Rf、Rf rf）存在，但都结实正常，没 有不育株出现。
第十一章 雄性不育及其杂种品种的选育
第十一章雄性不育及其杂种品种的选育雄性不育性：（ male sterility ）雄性器官发育不正常，不能产生有功能的花粉，雌蕊发育正常，可接受正常花粉而受精结实。
第一节雄性不育的遗传质核互作不育核不育一、质核互作雄性不育的遗传（一）质核互作雄性不育的遗传解释受细胞质雄性不育基因和对应的细胞核不育基因共同控制的不育类型，常被称为胞质不育（CMS）。
细胞质不育基因S，可育基因N核内不育基因rr，可育基因RR由上可知，质核雄性不育性是核和胞质基因两个体系相互作用的结果，通过“三系”配套可保持雄性不育性，生产杂交种子、在生产上利用。
三系：雄性不育系S(rr)雄性不育保持系N(rr)雄性不育恢复系N(RR)和S(RR)雄性不育系S(rr)由于体内生理机制失调，以致雄性器官不能正常发育，没有花粉或花粉粒空瘪缺乏生育力。
雌蕊发育正常，能接受外来花粉受精结实。
雄性不育保持系N(rr)用来给不育系授粉，保持其不育性的品种或自交系叫做保持系。
不育系是和保持系同时产生的，或是由保持系转育而得来的。
每一个不育系都有其特定的同型保持系，利用其花粉进行繁殖。
它两互为相似体，除在雄性的育性上不同外，其它的特性、特征几乎完全一样。
雄性不育恢复系N(RR)和S(RR)一些正常可育的品种或自交系的花粉授给不育系后，不但结实正常，而且其后代的不育特性消失了，具有正常散粉生育的能力。
也就是说，它恢复了不育系的雄性繁育能力，因此叫恢复系。
（二）多种质核基因对应的遗传玉米：T、S、C每种不育类型都需要某一特定的恢复基因来恢复，恢复基因有专效性和对应性。
（三）孢子体不育和配子体不育的遗传1、孢子体不育花粉育性的表现由母体植株（孢子体）的基因控制，与花粉（配子体）本身的基因无关。
当母体植株是S(rr)时，花粉全部败育。
2、配子体不育不育系花粉败育发生在配子体阶段，花粉育性受配子体的基因控制。
特点：杂种一代的不育和可育花粉各占一半，不影响结实，子一代的结实率正常。
玉米细胞质雄性不育(CMS)杂交制种
目录摘要：............................................. 错误！未定义书签。
关键词：........................................... 错误！未定义书签。
1 隔离............................................. 错误！未定义书签。
1.1 空间隔离....................................... 错误！未定义书签。
1.2 时间隔离................................... 错误！未定义书签。
1.3 隔离区父本播种............................. 错误！未定义书签。
2 去杂............................................. 错误！未定义书签。
2.1 CMS去杂标准................................... 错误！未定义书签。
2.2 杂株类型................................... 错误！未定义书签。
2.3 CMS去杂阶段和要求............................. 错误！未定义书签。
2.3.1 第一次去杂............................ 错误！未定义书签。
2.3.2 第二次去杂............................ 错误！未定义书签。
2.3.3 第三次去杂............................ 错误！未定义书签。
2.3.4 第四次去杂............................ 错误！未定义书签。
3 花期监控时期的质量控制........................... 错误！未定义书签。
3.1 CMS监控的目的.............................. 错误！未定义书签。
甘蓝细胞质雄性不育材料的分子鉴定
甘蓝细胞质雄性不育材料的分子鉴定摘要：根据Genebank中orf224和orfl38基因序列的保守区设计特异引物，对2个甘蓝不育材料PM、QM的mtDNA进行PCR扩增。
试验结果表明，orfl38特异引物对2个不育材料的mtDNA扩增出350 bp大小的清晰条带；不育材料的特异片段与萝卜Ogu CMS所具有的Ogu orfl38基因同源度达92.55%，长度均为297 bp，因此，初步推断2个不育材料是Ogura胞质雄性不育类型。
关键词：甘蓝；细胞质雄性不育：分子鉴定中图分类号：S635.1文献标识码：A文章编号：1001-3547（2015）08-0008-04结球甘蓝（Brassica oleracea L var. capitata L_），属十字花科芸薹属，为一种重要的蔬菜类作物。
由于不结球白菜杂种优势非常明显，目前国内外主要推广的品种大多数为Fi代。
不结球白菜杂种一代过去主要采用自交不亲和系繁殖，但繁殖成本较高，且亲本生活力易下降，制种时杂交率很难达到100%，容易出现假杂种；利用雄性不育系制种，不仅亲本繁殖容易、杂种一代纯度高，而且有利于新品种的自身保护。
细胞质雄性不育（CMS）是一种不能产生有活力花粉的母性遗传现象，是由线粒体基因组的重排引起的。
CMS相关基因产生一种新的蛋白质，直接或间接破坏线粒体正常的生理功能，从而导致花粉败育，研究证明，高等植物CMS与其线粒体基因密切相关。
目前比较常见的不育类型主要有波里马不育胞质（Pol CMS）、萝卜不育胞质（Ogu CMS）和甘蓝型油菜不育胞质（Nap CMS）等。
芸薹属中波里马不育胞质、萝卜不育胞质研究较多，二者利用比较广泛。
研究发现，几乎所有的细胞质雄性不育均与线粒体基因变异有关，其中起主要作用的是重要基因和未知片段重组形成的开放读码框（ORF）。
人们在分子鉴定方面对不育类型进行了研究，可以有效区分CMS类型。
张德双等利用orfl38引物证实了所获得的白菜CMS96胞质不育系mtDNA的特异序列与Ogu CMS有高度同源，为Ogu CMS不育类型。
萝卜细胞质雄性不育花药超微结构和理化特性的比较研究的开题报告
萝卜细胞质雄性不育花药超微结构和理化特性的比
较研究的开题报告
本研究旨在比较萝卜（Raphanus sativus）细胞质雄性不育品种和正常品种花药的超微结构和理化特性，以探究细胞质雄性不育的生物学机制。
本研究将通过以下步骤进行：
第一步：收集样本。
在萝卜品种‘红角’中选择细胞质雄性不育品
种和正常品种作为实验对象。
分别采集它们的花药样本，分别作为不育
组和正常组，以备后续扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察和理化特性分析。
第二步：超微结构观察。
使用SEM和TEM观察两组花药样本的超微结构，包括花药壁、花粉粒、花粉外壁和花粉内壁的形态结构、大小、
厚度等。
第三步：理化特性分析。
对两组花药样本的理化特性进行测定和比较，包括花药色素含量、蛋白质含量、总糖含量、游离氨基酸含量等。
第四步：结果分析。
对比两组样本的超微结构和理化特性，分析不
育品种与正常品种的异同，探讨细胞质雄性不育的生物学机制。
本研究的主要创新点在于，将对萝卜细胞质雄性不育的超微结构和
理化特性进行全面、系统、深入地比较分析，有助于揭示不育品种的生
物学机制，为进一步研究萝卜细胞质雄性不育提供理论和实验基础。
实验十作物雄性不育系的鉴定
实验十作物雄性不育系的鉴定一、实验目的学习和初步掌握雄性不育系的植物学形态特征和花粉育性鉴定技术.二、内容说明雄性不育是指雌雄同株作物中，雄性器官发育不正常，不能产生有功能的花粉，但它的雌性器官发育正常，能接受正常花粉而受精结实的现象。
雄性不育一般可分为3种类型：①细胞质雄性不育型，简称质不育型，表现为细胞质遗传。
②细胞核雄性不育型，简称核不育型，表现为细胞核遗传。
③核-质互作不育型，表现为核-质互作遗传。
无论植物的不育性是那种类型，它们都会在一定的组织中表现出来。
雄性不育系花粉的败育，一般出现在造孢细胞至花粉母细胞增殖期、减数分裂期、单抱花粉期(或单抱晚期)、双核和三核花粉期。
其中出现在单孢花粉期较为普遍。
雄蕊败育大概可分成以下几种类型：(一)花药退化型一般表现为花冠较小，雄蕊的花药退化成线状或花瓣状，颜色浅而无花粉。
(二)花粉不育型这一类花冠、花药接近正常，往往呈现亮药现象或褐药现象，药中无花粉或有少量无效花粉、镜检时，有时会发现少量干瘪、畸形以及特大花粉粒等，大多数是无生活力的花药。
(三)花药不开裂型这类不育型虽然能形成正常花粉，但由于花药不开裂不能正常散粉，花粉往往由于过熟而死亡。
（四)长柱型功能不育这一类型花柱特长，往往花蕾期柱头外露，虽然能够形成正常花粉但散落不到柱头上去。
(五)嵌合型不育在同一植株上有的花序或花是可育的，而有的花序或花则是不育的，在一朵花中有可育花药，也有不育花药。
作物雄性不育系则是具有雄性不育现象，并能将雄性不育性遗传给后代的作物品系。
我们都知道，杂种优势普遍存在，在很多植物由于单花结籽量少，获得杂交种子很难，从而是杂交种子生产成本太高而难以在生产上应用，利用雄性不育系配制杂交种是简化制种的有效手段，可以降低杂交种子生产成本，提高杂种率，扩大杂种优势的利用范围。
因此，雄性不育在杂交过程中有着重要的作用。
当前，农作物杂种优势主要是利用不育系、保持系和恢复系等三系配套。
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
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orf138 orf79(cox1,cox2) WA352(orf284,orf288) orfH79(cox1,cox2)
unknown unknown orfΒιβλιοθήκη 07(atp9,BT-orf79)
orf522(atp8)
orf256(cox1)
2.1 线粒体基因组特征与重排
植物线粒体基因组比动物、真菌的线粒体基因组大，且不同植物物 种间线粒体基因组大小相差也很大，从200～2400kb之间。植物线粒体重 组和重排事件频繁发生，导致基因组结构、不同DNA分子拷贝数比例的 变化，产生不同大小的mtDNA分子。重复序列介导的高频重组和重排是 导致线粒体基因组不均一性、结构复杂的主要原因。
2.3 嵌合ORF与CMS
植物CMS相关的嵌合orf是由线粒体基因组重排产生的，这些特异的 嵌合序列往往来源于线粒体保守基因或非编码RNA。当引入育性恢复核 基因，可以抑制线粒体嵌合orf的表达，从而恢复育性。例如：图中红色 表示未知功能嵌合ORF，虚线表示同源序列。
在T-CMS玉米中，urf-13是线粒体基因组经过7次重组所形成的嵌合基因,它含 有26SrRNA（rrn26）基因和atp6 基因以及叶绿体tRNA-Arg基因的部分序列。 在S-CMS玉米中，R区位点的5′端反向重复序列IR含有orf355 和orf77 两个开 放阅读框, orf77中有三段序列与玉米线粒体atp9 基因编码区及其3′侧翼同源， 是由三个atp9片断和其他DNA片断组成的嵌合基因。
2.2 重排与嵌合ORF
线粒体中不同功能基因之间的重组和重排会引起新的阅读框或无功 能假基因的产生，同时造成大量非编码序列的积累。 在植物线粒体DNA 中通过多次重排形成的开放的阅读框架，它们能转录，但其功能和编码 蛋白还不清楚。这些阅读框有的是通过线粒体基因组重排而形成的嵌合 基因，而有的嵌合基因已被证实与植物雄性不育性有关。
在pol与nap型不育的欧洲油菜中，与CMS相关的orfB编码的orf224与 orf222序列上具有15%的不同，并且它们在基因组上的物理位置并不 相同，orf224位于nad5c的右侧，与atp6基因发生共转录；而orf222位 于nad5c的左侧，与nad5c发生共转录。这种转录方式的不同可能会引 起它们败育机制上的差异。
Wheat
Ogura
BT WA HL CW LD A3
PET1
timopheevi
线粒体基因或片段 pvs
preSatp6？ orf129(cox2)
G-cox2? orf222(atp8) orf224(atp8)
orf456 unknown orf355/orf77(atp9,atp4) T-urf13
植物CMS相关线粒体基因或片断 的结构和功能分析
1 细胞质雄性不育（CMS） 2 线粒体基因重排与重组 3 与CMS相关线粒体基因结构、功能分析 4 展望
1.1 细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterility,CMS)
指植物在有性繁育过程中不能产生有功能的花药、花粉或雄配子，而 其雌性生殖系统发育正常的一种生物学现象，它在高等植物中普遍存在。
辣椒CMS相关的orf507位于coxII下游。
与CMS育性相关的嵌合基因，它们大部分通过线粒体基 因重排形成，并且在这些嵌合基因中都包含有线粒体中与生 物氧化有关的某一基因。同时，嵌合的阅读框一般与邻近的 线粒体保守基因共转录，形成长度不同的特异转录本，并且 一些嵌合基因位于正常线粒体基因的附近。
毒性蛋白假说 ：线粒体基因组通过重排形成新的嵌合基因是一种毒性 蛋白，对细胞造成损伤，这种损伤可以使花粉不能正常发育。
活性氧假说 ：花药绒毡层线粒体的活性氧爆发和细胞色素c释放到细 胞浆，提前启动PCD控制的绒毡层降解，从而产生花粉败育。
目前，越来越多的实验支持第一种假说，因此，本文对植物细胞质 雄性不育相关线粒体基因的结构和功能特点进行分析并加以综述，为进 一步研究细胞质雄性不育机制提供参考。
1.3 细胞质雄性不育研究意义
更为高效地利用CMS 更稳定地利用恢复基因进行育性恢复
1.4 细胞质雄性不育研究进展
国内外大量研究结果表明线粒体基因组是细胞质育性因子的载体，其 突变和重组与CMS有着更为密切的关系。因此对线粒体的深入研究为阐 明CMS分子机理奠定了基础。目前，细胞质雄性不育产生的具体机理仍 不清楚，关于CMS主要有以下几种假说：
1.2 细胞质雄性不育的利用
利用细胞质雄性不育避免人工去雄，提高杂种优势利用效率，极大 提高作物产量，缓解粮食危机。包括以下作物都已利用CMS进行杂种生 产：向日葵、大豆、玉米、洋葱、甜菜、高粱、胡萝卜、矮牵牛、油菜、 水稻、棉花和小麦等。据Virmani报道，利用CMS进行杂种生产，可提高 水稻20%的产量。
小麦K型CMS中发现的Ks3，它含有的嵌合orf编码许多呼吸链复合体亚 基，包括：ATP4、ATP6、NAD3、NAD9、COX1、和COX3等。
水稻orf113的5ˊ侧翼序列与线粒体nad9 基因-151 到+11区域嵌合。
萝卜orf463的5ˊ端128bp序列来源于线粒体cox1基因。
芥菜CMS相关的orfB 位于线粒体nad2基因下游。
线粒体基因重排与缺失假说：线粒体基因常常通过重排形成新的ORF， 这些嵌合的ORF与能量代谢基因发生共转录，影响正常能量代谢，从 而引起花粉不育。
RNA编辑假说：与能量代谢相关基因缺失RNA编辑或非正常RNA编辑都 会引起细胞能量代谢缺陷。
线粒体能量缺陷假说：电子传递链不能正常行使功能，造成细胞供能 不足，引起花粉败育。
下表列出了目前在植物上已发现的与CMS相关的嵌合ORF：
植物名称 Bean
CMS 类型 CMS-Owen
Beet
CMS-E/I-12CMS(3)
Brassica Chili pepper
CMS-G Nap Pol
CMS-C
Maize
CMS-S
CMS-T
Petunia
Radish
Rice
Sorghum Sunflower