利用基因工程创造植物雄性不育的策略
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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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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]。
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。
专利名称:GmAMS1蛋白、编码基因及其抑制因子和创制植物细胞核雄性不育系的方法
专利类型:发明专利
发明人:冯献忠,杨素欣,陈笑
申请号:CN202010407040.3
申请日:20200514
公开号:CN111574602A
公开日:
20200825
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明涉及植物基因工程技术领域,特别涉及GmAMS1蛋白、编码基因及其抑制因子和创制植物细胞核雄性不育系的方法。
该GmAMS1蛋白为序列如SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列或者具有至少80%同源性的氨基酸序列。
本发明发现GmAMS1基因能够调控植物绒毡层的正常发育,影响花粉的育性。
通过CRISPR/Cas9技术靶向编辑GmAMS1基因创制雄性不育系是培育细胞核雄性不育系的突破性进展,为杂种优势利用及提高植物产量提供了重要的技术基础及理论支持,为推进细胞核雄性不育系在商业化杂交种生产以及培育高产植物新品种提供宝贵的种质资源。
申请人:中国科学院东北地理与农业生态研究所
地址:130102 吉林省长春市高新北区盛北大街4888号
国籍:CN
代理机构:北京集佳知识产权代理有限公司
代理人:潘颖
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基因工程技术在农业中的应用与前景引言随着科技的不断发展,基因工程技术已经成为现代农业中的重要组成部分。
能够通过各种方法对种植物和家畜进行基因改造,使其具有更强的抗病能力、适应能力和生产能力。
在传统的农业发展中,其受制于种植或养殖的环境和自然条件,限制了其生产能力的发挥,而基因工程技术的出现,为农业产业的高效、可持续发展提供了新的路径与机遇。
农业中基因工程技术的应用1.育种技术的改进基因工程技术可以通过对种植物基因进行改良来创造新的农业品种,使其能够适应不同的环境和气候条件,以此提高作物的产值。
例如,通过基因工程技术可以将雄性不育基因引入小麦,在让小麦不能进行自交后,通过杂交可以得到新的小麦品种。
这样的方法可以大大提高小麦的产值,并让其在各个地理区域呈现更好的生长状态。
2. 病虫害的控制基因工程技术还可以使作物获得更强的抗病与抗虫能力。
采用基因工程方法使作物拥有更多种的抵御能力。
例如,通过将一些天然杀虫素的编码基因加入到种植物中,使其在虫害侵袭时更加具有抵抗能力。
由于作物并没有用有害的化学物质来杀死虫害,而是增强了其自身的抵御能力,因此它不会对人体和其他生物造成任何损害。
3. 改善作物的质量基因工程技术还可以改善作物质量,包括如何增加蛋白质含量,提高储藏时间和品质。
例如,通过将其他植物的营养成分引入到一些庄稼中,可以实现在这些作物中高含量的营养成分,这样就可以让人们获得更加丰富和营养的食品。
同时,还可以通过改变某些基因的表达模式,使得作物在收成后更长的时间内保持良好的储藏状态。
4. 发掘农业市场潜力随着人口的不断增长,单纯靠人类增加的耕种面积越来越难以满足需求。
应用基因工程技术的农业产业可以在不同条件下多种植或养殖多种作物或家畜,这样可以更好的利用土地上的资源,也能更好地满足市场的需求。
未来基因工程技术在农业中的应用前景随着科技的发展,基因工程技术的应用也将越来越广泛。
未来的应用将更趋于完善,并为各种农作物、家畜、禽类等提供更好的保护。
植物雄性不育及其研究进展姓名:xxx专业:xxx学号:xxx摘要:20世纪广泛开展的杂种优势利用研究取得了举世瞩目的伟大成就,特别是玉米的杂种优势利用,极大地推动了植物雄性不育的利用和研究迅速开展。
杂种优势利用使农作物的产量大幅度提高,也是作物品质改良的重要手段。
在杂种优势育种工作中,利用雄性不育系配制杂交种已成为一代杂种种子生产的最有效途径。
目前在杂交育种中更多的是利用细胞质雄性不育性,选用雄性不育系作母本。
恢复系作父本,生产出优良的一代杂交种子,在农业生产上发挥了重要作用。
关键词:植物雄性不育,生物学特性,分子机制,研究进展植物雄性不育(male sterility)是指植物雄性器官发育不良,失去生殖功能,不能产生正常的花药、花粉或雄配子的遗传现象。
遗传性雄性不育在植物界中是一种常见现象,据统计已经在43科,162属,320个种和297个种间杂种中发现了雄性不育现象(Kaul 1988),并且这个数目还在不断增加。
遗传的雄性不育可分为细胞核雄性不育(genic male sterility,GMS)及质核互作雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS),其中CMS的研究不仅具有理论意义,而且在生产实践上具有重要的利用价值。
细胞核雄性不育是由核基因控制的雄性不育,有显性核不育和隐形核不育之分。
进一步根据对光温的反应又可将植物雄性不育分为与光温无关的雄性不育和光温敏感雄性不育。
而细胞质雄性不育则是由细胞质基因控制的,表现为母体遗传。
以导致雄性败育时期及导致雄性不育是孢子体还是配子体的不同可分为配子体不育和孢子体不育。
从遗传方式和败育时期等方面对雄性不育只是简单的分类,实际上控制小孢子形成通路上的任何代谢相关的基因变异都会导致雄性不育,许多环境因素的改变也会影响育性,例如光、温度等条件的改变对于育性有显著的影响(马晓娣,2012)。
雄性不育的生物学特性包括三个方面:一、形态差异:雄性不育植株在外部形态上与同品种的正常株极为相似,但在开花以后,不育株和可育株可以从雄花的形态上加以辨别。
植物雄性不育研究进展植物雄性不育研究近年来受到广泛关注,因为它涉及到农业产业的发展和粮食安全的保障。
植物雄性不育是指植物的雄蕊不能正常发育或不能产生正常花粉,导致无法与雌蕊结合,从而影响了植物的繁殖。
现在,研究人员针对这一问题进行了多方面的探索和研究并取得了一些进展,下面我们来看看这些进展有哪些。
一、遗传学研究遗传学是研究植物雄性不育问题的重要方法之一。
通过基因工程技术和遗传分析,研究人员发现,植物雄性不育问题主要由于基因突变而导致。
他们分析了这些基因的结构和功能,并利用基因编辑技术对不育基因进行修改,从而恢复了植物的雄性生殖能力。
这项技术的成功应用为植物遗传改良提供了新思路,也为植物育种提供了新的途径。
二、分子生物学研究分子生物学技术的应用,使得研究人员更好地理解了植物雄性不育的发生机理。
此外,这种技术还为研究人员提供了制备基因重组技术的工具,使得植物遗传工程领域的研究更为深入。
研究人员利用分子生物学技术,发现了一些新基因、新蛋白和新RNA,它们与植物雄性不育问题密切相关。
通过研究这些分子材料的功能,并修改它们的表达,研究人员成功地解决了某些植物雄性不育问题,同时也为新品种的培育提供了新的方法。
三、生物化学研究生物化学技术在植物雄性不育研究中也发挥了重要作用。
生物化学技术能够用来分离、纯化和检测植物中的化学成分,从而揭示它们与植物雄性不育的关系。
研究人员运用生物化学技术,深入研究了植物雄性不育问题与氧化应激、能量代谢等方面的关系。
研究人员发现,氧化应激和能量代谢与植物雄性不育密切相关。
通过调控这些过程,研究人员成功地恢复了植物雄性生殖能力。
四、细胞生物学研究细胞生物学技术在植物雄性不育研究中的作用也越来越突出。
通过显微镜观察、分离和培养植物中的细胞,研究人员发现了植物雄性不育发生的基本细胞学特征和分子环节,这为进一步的研究提供了基础。
研究人员借助细胞生物学技术,成功培育出了植物雄性不育的雄花器官替代物和花粉,这为某些农作物及其杂交种的培育提供了全新思路。