自然科学版
陕西师范大学学报(自然科学版)
植物种质资源研究专题
大豆细胞核雄性不育的理论与应用研究进展
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李维,余君萍*,徐敏*
(西北大学 生命科学学院, 陕西 西安 710069)
徐敏,女,副教授,博士生导师,主要从事大豆功能基因研究。E-mail:xumin@nwu.edu.cn余君萍,女,讲师,主要从事大豆生殖发育研究。E-mail:junpingyu@nwu.edu.cn
摘要:
近年来,基于细胞核雄性不育系构建的种子生产技术(seed production technology,SPT)在水稻、玉米等作物中发展迅速,为作物杂种优势利用提供了新途径和新思路。本文综述了当前大豆细胞核雄性不育研究领域取得的一些进展,主要包括已发现的大豆细胞核雄性不育材料、大豆不育性状的细胞学发生机制、相关基因的定位及其分子作用机理等内容,总结了细胞核雄性不育系在大豆育种中的应用现状和潜能,为进一步开展大豆细胞核雄性不育研究及开发大豆杂种优势利用新技术提供了参考。
关键词:
大豆;细胞核雄性不育;花药发育;杂种优势
收稿日期:
2020-12-13
中图分类号:
Q756
文献标识码:
A
文章编号:
1672-4291(2021)03-0060-11
基金项目:
国家自然科学基金(32000598);国家重点研发计划(2016YFD0101500);陕西省教育厅自然科学专项(19JK0858);陕西省自然科学基础研究计划(2020JQ-578)
Doi:
Advances in theory and application of genic male sterility in soybean
LI Wei, YU Junping*, XU Min*
(College of Life Sciences, Northwest University, Xi′an 710069, Shaanxi, China)
Abstract:
The seed production technology (SPT) system based on genic male sterility (GMS) has been successfully developed in several crop species like rice and maize, providing a novel idea and powerful tool for the heterosis utilization in crops. In present review, the recent researches on genic male sterility in soybean from several aspects, including the achieved male sterile mutants, cytological abnormities in male sterile anther development, male sterile gene mapping and functions were summarized.The present applications of GMS were reviewed and its broad potential in soybean heterosis utilization in the future were prospected.
KeyWords:
soybean; genic male sterility; anther development; heterosis大豆(Glycine max(L.)Merr)是世界重要的粮油兼用作物,也是人类最主要的植物蛋白来源\[1\]。中国栽培及食用大豆已有数千年的历史,但受种植面积、单产水平等因素的限制,目前大豆总产量较低。据最新统计数据显示,中国大豆产量仅占世界总产量的5%左右,为满足国内市场需求,中国80%以上的大豆依赖进口,因此提高大豆产量对满足我国内需、稳定经济具有重要意义。然而,中国耕地面积有限,依靠扩大种植面积来增加大豆产量、缓解进口压力的成本过高且可能性较小,故还需努力提高大豆单产\[2\]。杂种优势利用是大幅度提高大豆单产的有效方法之一,Wentz等早在1924年就报道了大豆的杂种优势超亲现象\[3\],但大豆是严格的自花授粉作物,其天然异交率低,杂种优势利用较为困难\[4\]。直到20世纪80年代我国才展开大豆杂种优势利用研究,历经多年的探索与努力,2002年孙寰等成功培育出世界上第一个大豆杂交种“杂交豆1号”,该品种较对照品种可以增产20%以上\[5\],其选育标志着我国大豆杂种优势利用取得了突破性进展。目前,我国已培育出一大批可应用于商业生产的、性状优良的杂交大豆品种\[6\]。植物雄性不育是指雄蕊发育异常、不能产生有功能的花粉,但雌蕊发育正常、能够接受正常花粉而受精结实的现象\[4\]。根据不育基因在细胞中的定位,雄性不育可以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),二者分别由位于线粒体和细胞核中的不育基因控制。根据不育性状的稳定程度,GMS又可以分为稳定的细胞核雄性不育和环境敏感型细胞核雄性不育(environmental sensitive genic male sterile,EGMS)。在杂种优势利用过程中,植物雄性不育系的介入可以省去繁琐的人工去雄步骤,是杂种优势利用的重要途径,在农业生产中具有巨大的应用价值。植物雄性不育材料是进行植物杂交育种的重要种质资源,对改进植物育种方法和提高育种效率均具有重要价值\[7-8\]。为此,我们对已报道的大豆细胞核雄性不育材料、不育性状的细胞学发生机制、相关基因的定位及其分子作用机理进行了综述,并介绍了细胞核雄性不育系在大豆育种中的应用现状和潜能,以期为进一步开展大豆雄性不育发生机制研究及利用大豆核不育系进行育种提供参考。