刘春宏，方珊茹，刘玉芹，沈伟锋

（1.福建师范大学生命科学学院，福建 福州 350108；2.福建省农业科学院水稻研究所，福建 福州 350018）

雄性不育是植物界中普遍存在的现象，迄今为止已在六百多个品种中发现了这一现象，其中包括水稻、油菜、玉米、小麦、棉花等多种农作物。水稻是世界上最重要的作物之一，全球约有半数人以水稻作为主食。在我国，水稻的种植面积占全国粮食作物总面积的四分之一以上，稻米产量占到整个粮食总量的39%，对我国的粮食安全至关重要，而水稻杂种优势的利用是目前提高水稻单产的主要途径之一。水稻雄性不育基因发现与利用不仅是水稻杂种优势利用的关键元件，也是开发新的育种方法和途径的重要载体，对于进一步提高水稻单产、改善品质、提高抗性具有重要意义。

1 植物雄性不育的分类

植物雄性不育是指植物在遗传或者环境（温度、光照等）因子的影响下，雌性生殖器官正常可育，而雄性生殖器官失去生育能力，不能产生正常生殖功能的雄配子的现象。它在植株中表现为雄蕊群的消失或畸形，孢子或花粉的败育。植物雄性不育，按照遗传特性可分为两类：一类是不可遗传的雄性不育，即植物在生长发育的过程中，由于外界不良的影响因子（气候恶劣、营养匮乏等）而导致的雄性不育，这种不育类型在育种上不可以连续利用；另一类是可遗传的雄性不育，在生产上可应用于培育不育系，进而生产杂交种子。根据控制植物雄性不育的基因来源，可将其分为细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterility，CMS）和细胞核雄性不育（genic male sterility，GMS）。细胞质雄性不育的实质是细胞质基因组与细胞核基因组竞争传递自身遗传物质的结果。细胞核雄性不育由核基因突变产生，突变性状可通过雌配子或者雄配子遗传。遗传分析表明，大多数雄性育性是由核基因控制的。

2 水稻雄性核不育基因定位进展

水稻雄性核不育可以分为显性核不育和隐性核不育两类。其中绝大多数为隐性核不育，包括光敏隐性核不育、温敏隐性核不育、单基因隐性核不育等。水稻显性核不育比较少见。与水稻雄性不育相关的基因主要包括：花粉囊蜡发育相关基因、绒毡层相关基因、胼胝质沉积相关基因、减数分裂相关基因［1］。

2.1 水稻光敏核不育基因的定位进展

1973年，石明松［2］在湖北晚粳农垦58大田中发现了3株天然突变的雄性不育株（农垦58S），它是一种特殊的GMS突变体，即长日条件下雄性不育，短日条件下育性恢复。1981年，他在论文中首次提出“一系两用”的设想，即光敏核不育水稻既可做不育系又可做保持系。这一发现，对水稻杂种优势的利用具有重要意义，为我国杂交稻的研究开辟了新领域。

Zhang等［3］以“32001S×明恢63”的F2超过1500个单株为材料，利用简单重复序列标记（SSR）和限制片段长度多态性标记（RFLP），将两个与32001S不育性表达有关的基因分别命名为pmsl、pms2，并将其定位在第7和第3染色体上。其中pms1被定位于两个标记RG477和RG511之间，遗传图距分别为3.5cM和15.0cM。pms2被定位于两个标记RG191和RG348之间，遗传图距分别为7.0cM和10.6cM。深入研究表明pmsl不育基因效应大约为pms2的2～3倍。在这个基础上，Wang等［4］研究认为，使农垦58变为光敏核不育农垦58S的突变不在第7染色体的pms1区段。Liu等［5］以“明辉63×32001S”F2群体为材料，通过分子标记和分子克隆的方法，构建了pms1区域的物理图谱，并将pms1基因定位于第7染色体的两个标记RG477和R1807之间，距离二者分别为0.25cM和3.8cM，进一步将基因卡在两个标记间的85kb区段上。陈亮等［6］利用“NK58S×1514”F2群体，采用AFLP技术进行分析，筛选出与pms3连锁的两个标记F3和V4二者与pms3的遗传距离分别为5.8cM和7.75cM。李香花等［7］通过花药培养构建DH群体，将光敏不育基因pms3基因的效应与pms1基因的效应分开来，进一步将pms3定位在12号染色体的RFLP标记M36和C751之间约3.2cM的区段，它与二者的遗传距离分别为1.5cM和3.05cM。

随着日本晴和93－11基因组测序的完成以及分子标记的广泛应用，光温敏不育基因的定位工作被进一步推向高潮。Lu等［8］以农垦58S／DH80杂交得到的约7000株F2代群体为实验材料，对892高度不育单株进行重组实验分析，从覆盖pms3区域的BAC克隆中筛选上百个RFLP探针标记，把pms3定位于两个标记P9和M2之间，即一个小于1.7cM的区域内。基因与二者的遗传距离分别为0.62cM和1.07cM。在此基础上，继续筛选探针标记将其定位在标记LJ25和LK40之间的28.4kb距离内，筛选到与之共分离的两个亚克隆LJ47和LJ265。这个片段的序列分析表明，存在5个开放阅读框（ORF），跟公共数据库中的两个表达序列标签具有高度同源性，并且检测到突变型和野生型亲本中存在3个SNP。这些都为确定pms3的候选基因奠定了基础。

2.2 水稻温敏核不育基因的定位进展

利用分子标记的方法，温敏核不育基因的定位也取得了较大进展。Wang等［9］以“5460S×红晚52”的F2群体为实验材料，采用BSA和RAPD技术分析，将温敏核不育基因TGMS定位于第8染色体上，并筛选出与它相距6.7cM的多态性标记TGMS1.2。该标记被定位于RG978和RZ562之间，遗传距离分别为12.7cM 和 12.6cM。Yamaguchi等［10］以“H89－1×Nekken2”F2分离群体为材料，将温敏雄性不育基因tms2定位于第7染色体上的RFLP标记R643和R1440之间。Subudhi等［11］以“IR32364×IR68”F2分离群体为材料，将温敏雄性不育基因tms3定位于第6染色体的RAPD标记OPAC3640和OPAA7550之间，它到二者的遗传距离分别为7.7cM和10.0cM。2000年，Dong等［12］以“TGMS－VN1×CH1”的F2分离群体为材料，通过AFLP、RFLP技术分析，将温敏不育基因 ［暂定名为tms4（t）］定位于第2染色体上，并找到了与之紧密连锁的AFLP标记E5／M12－600，连锁距离为3.3cM。还有学者［13］将SA2温敏雄性不育基因TGMS定位于第9染色体上的两个标记EAA／MCAG和RM257之间，它与二者的遗传图距分别为5.3cM 和6.4 cM。Lee等［14］将温敏雄性不育基因tms6定位于第5染色体上的两个标记RM3351和E60663之间，它与二者的遗传图距分别为0.1cM和1.9cM。Jia等［15］将温敏雄性不育基因tms5定位于第2染色体上的两个标记R394和RM174之间。Wang等［16］将它定位于标记C365－1和G227－1之间，距离二者分别为1.04cM 和2.08cM。姜大刚等［17］又应用EST和SSR标记将此不育基因定位于RGP遗传图的第2染色体的31.2cM处，并将其精细定位于两个SSR标记RMAN7和RMAN54之间的181kb区域内。

王宝和等［18］对广占63S／旱1587组合的F2分离群体进行不育基因的遗传分析，表明广占63S的不育性受1对隐性不育基因控制，暂定名为ptgms2－1。利用分子标记技术，将该不育基因定位于第2染色体上的两个标记S2－4和S2－27之间，该基因与两标记的遗传距离分别为0.5cM和1.1 cM，两标记的物理距离为390kb，并找到与该基因共分离的标记S2－24。Xu等［19］对广占63S／1587杂交组合的F2和BC1F2分离群体进行遗传分析，通过分子标记结合BSA法，将此基因定位于第2染色体RM12521和RM12823之间，且与二者的遗传距离分别为17cM和10.4cM。进一步利用Indel标记精细定位，将该基因定位于两个Indel标记S2－40和S2－44之间50.4kb的范围内，基因与二者的遗传距离分别为0.08cM和0.16cM。并且与AP004039的BAC上的标记S2－43共分离。根据预测基因推测核糖体核酸酶Z基因为该基因的候选基因，这为该基因的克隆奠定了基础。

这些年来，已经定位的温敏核不育基因有tms1、tms2、tms3、tms4、tms5以及TGMS等等。科学家们对很多光温敏雄性核不育基因进行了精细定位，并且获得了大量的光温敏核不育基因片段，但还没有分离得到真正的光温敏雄性核不育基因。这是未来科研的目标。

2.3 水稻显性核不育的定位进展

水稻显性核不育比隐性核不育少见得多。迄今为止，只报道出5种水稻显性核不育材料，即萍乡显性核不育、低温敏显性核不育、浙9248突变体显性核不育、1783和1789突变体显性核不育、三明显性核不育［20－24］。

陈学伟等［25］利用RFLP标记和SSLP标记将萍乡显性核不育基因Ms－p定位于第10染色体上的两个标记RM228和RM258之间，且与RFLP标记G2155的遗传距离为2.6cM。贺浩华等［26］利用SSR技术将其定位于标记RM239附近，二者之间的遗传距离为5.65cM。在此基础上，Huang等［27］人将Ms－p定位于SSR标记 RM171和RM6745之间，它到两标记之间的距离分别为0.3 cM和3.0cM，这样就把基因界定在约730kb范围内。李仕贵等［28］人把低温敏水稻“8987”显性核不育基因TMS定位在第6染色体上的两个标记RM50和C235之间，它与二者的遗传距离分别为12.9cM 和6.4cM。

3 其他类型水稻雄性核不育定位进展

初明光等［29］人以来源于籼／籼稻杂交组合后代的自然雄性不育突变体ms－np为实验材料，经F2和BC1F1遗传分析显示，该突变性状受1对隐性基因控制，暂定名为ms－np（t）。对组合ms－np／M63杂交的F2不育单株进行连锁分析，将该不育基因定位于水稻第6染色体的两个SSR标记RM343和RM541之间，该基因与二者的遗传距离分别为7.9cM 和15.2cM。

孙小秋等［30］人利用802A／Ⅱ－32BF2和802A／02428F2为定位群体，对控制802A雄性不育性状的1对隐性核不育基因 ［暂命名为ms92（t）］进行基因定位，结果将该基因定位于水稻第3染色体上的SSR标记RM3513附近，精细定位至indel标记S5和S2之间，基因与二者的遗传距离分别为0.3cM和0.6cM。该基因与indel标记S3和S4在167个F2不育单株中共分离。

陈家彬［31］利用D295B与昌丰B杂交F4代中自然突变得到的一雄性不育突变植株（定名为SC－ms2），根据其F2代分离比，证明此雄性不育性状受一对隐性核基因控制，将其暂定名为ms92（t）。以SC－ms2／花B的F2为定位群体，采用分离群体分组分析法结合SSR分子标记，将该基因定位于水稻第9染色体的两个SSR标记RM34431和RM3600之间。此后将花B群体更换为日本晴群体，从而使亲本差异更大，最终把该不育基因精细定位于遗传距离分别为0.3cM和0.6cM的分子标记RM24451和RM7048之间，二者之间物理距离约为172kb，包含25个已被预测的候选基因，分析认为，目标基因很可能是编码雄性不育蛋白的基因LOC＿Os09g27620。

付磊［32］选用527R／881R杂交后代中的不育株［定名为ms802A（t）］，把它与802A、Ⅱ－32B等杂交所得的F2为实验材料，将控制此雄性不育性状的这对隐性核基因定位于水稻第3染色体，与SSR标记RM6832、RM2334、RM135连锁，遗传距离分别为10.9cM、16.1cM、21.6cM。更换群体后精细定位，找到与该基因连锁的两个SSR标记RM3513和RM6266，遗传距离分别为0.6 cM和4.2cM。

4 不育基因应用中存在的问题及前景展望

光温敏雄性核不育材料的遗传复杂性比较大，而且不育基因的表达可能会受到环境条件的影响，因而未曾分离得到真正的光温敏雄性核不育基因。即使是在相同基因源的不育系间，研究结果也可能存在较大差别，这使得它的研究受到限制。进一步深入了解光温敏雄性不育机制，广泛开展雄性核不育基因的研究，对于培育理想的两系杂交材料及其两系法杂交水稻生产与推广将会产生更大的作用［33］。伴随着分子生物学的快速发展，我们可以预料，今后将会有更高密度的遗传和物理图谱以及新的分子标记会被广泛应用于光温敏不育基因的定位研究中，这将为光温敏雄性核不育的基因的克隆提供强有力的后盾。

显性核不育水稻在遗传育种方面有着较好的应用前景。在常规育种上，以回交的方式，把不育基因转入常用亲本中，将其作为基础材料进行复合杂交或者阶梯式杂交。这种方法即可以节省人工去雄所需要的时间和精力，又可以在短期内获得大量的杂交组合。我们把显性核不育基因与分子标记辅助育种技术相结合，作为遗传载体导入目标基因，从而构建分子育种体系；将显性核不育基因导入抗稻瘟病等多种基因，利用不育基因的表达特点，可以建立水稻抗病虫的基因库；同时，我们还可以借鉴太谷核不育小麦的经验，建立高效轮回选择育种新体系，从而培育出高质量高产量的水稻新品种。另外，萍乡显性核不育水稻已经找到了恢复系，这为加强杂种优势利用的研究和利用提供了可能性。

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