植物溫敏核雄性不育調(diào)控機理研究進展

中圖分類號：S330 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）13-0001-08

雄性不育材料是實現(xiàn)雜種優(yōu)勢利用以提高作物產(chǎn)量的寶貴資源，其主要特征是雄蕊發(fā)育異常，不能產(chǎn)生開裂的花藥、有功能的花粉或有活力的雄配子[2-4]；但雌蕊發(fā)育正常，能接受可育花粉并受精結(jié)實[5]。依據(jù)遺傳基礎(chǔ)，雄性不育可分為2類：（1）細胞質(zhì)不育型（cytoplasmicmalesterility，CMS），一般由線粒體基因與核基因偶聯(lián)引起[5]，故又叫核質(zhì)互作不育型；（2）細胞核不育型（genicmalesterility，GMS），由核基因單獨引起[，多數(shù)屬于隱性核不育。生產(chǎn)中，CMS被廣泛應(yīng)用于三系雜交制種體系[7]。最初，由于GMS的不育母本較難大規(guī)模獲得而限制了其在育種中的應(yīng)用。后來，環(huán)境敏感型核雄性不育（environment-sensitivegenic malesterility，EGMS）材料的發(fā)掘突破了此限制，開辟了雜交育種的新方向一兩系雜交，其制種程序簡化，大大節(jié)約了成本，且品種間配組更為自由[8-9]

環(huán)境敏感型核雄性不育是指植物雄配子的育性受到光照、溫度、濕度等環(huán)境因素影響而導致不育的現(xiàn)象[10-1]，常見的類型主要有溫敏雄性不育（thermo -sensitive genic male sterility，TGMS）[12-13]光敏雄性不育（photoperiod-sensitivegenicmalesterility，PGMS）[，14-16]、濕敏雄性不育（humidity－sensitive genicmale sterility，HGMS）[17]和氮敏感雄性不育（nitrogen - sensitive genic male sterility，NGMS）[18]等。在自然條件下，植物的光敏和溫敏性通常是共存且交互作用的。根據(jù)光周期和溫度的相對重要性，可將其分為光敏核雄性不育和溫敏核雄性不育。目前發(fā)現(xiàn)的TGMS材料多為高溫敏感核不育，即在育性轉(zhuǎn)換臨界溫度之上的環(huán)境中表現(xiàn)為雄性不育，在育性轉(zhuǎn)換臨界溫度之下的環(huán)境中表現(xiàn)為正常可育[13，19]。低溫敏核不育表現(xiàn)則與之相反，目前相關(guān)資源報道的較少。

20世紀70年代末，水稻光溫敏不育系P/TGMS的發(fā)現(xiàn)，推動了我國雜交水稻邁人兩系雜交制種時代。目前，我國基于TGMS的兩系雜交水稻產(chǎn)量比三系雜交水稻高 5%～10% ，種植面積約占雜交水稻總面積的 30%^[20] 。其他作物如玉米、小麥、油菜等也在不斷挖掘TGMS材料以應(yīng)用于兩系雜交育種。由此可見，系統(tǒng)了解TGMS相關(guān)基因及其作用的遺傳機理和育性轉(zhuǎn)換機制，有助于利用分子手段創(chuàng)制更多的TGMS優(yōu)異種質(zhì)資源。此外，高溫也是造成農(nóng)作物減產(chǎn)的主要原因之一，了解植物如何感知并響應(yīng)溫度的分子機制，對將來培育耐高溫作物也具有重要的啟示。本文主要綜述了擬南芥、水稻和其他主要農(nóng)作物中TGMS相關(guān)遺傳資源及其控制基因，以及溫度調(diào)控育性轉(zhuǎn)換的遺傳分子機制，分析了TGMS在生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問題及其應(yīng)用前景，以期為今后TGMS的深入研究和生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

1植物溫敏核雄性不育相關(guān)基因的定位克隆

1.1 擬南芥TGMS基因

擬南芥作為一種模式植物，其溫敏雄性不育現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及其深入研究，對其他作物中的相關(guān)育性研究具有重要的借鑒意義。在擬南芥和水稻等作物中，某些花粉發(fā)育調(diào)控通路中的關(guān)鍵基因功能往往是相對保守的。擬南芥中的TGMS材料多是通過理化誘變[如甲基磺酸乙酯（EMS）等]處理，或利用反向遺傳學方法敲除水稻TGMS同源基因獲得。

目前，擬南芥中已經(jīng)報道的TGMS突變體涉及到的基因有MYB33、MYB65[21]、TMS1[22] AtPUB4^[23] 、AtMS1[24]RVMS[19]RPG1[25] .AtTMSI8^[26] 等。擬南芥中MYB33和MYB65是含R2R3MYB結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子，兩者序列相似度較高且功能冗余，和大麥中GAMYB基因同源。myb33和myb65單突變體沒有可見表型。myb33myb65雙突變體表現(xiàn)為高溫（ gt;22‰ ）育性顯著下降，低溫（ lt;16‰ ）育性恢復。其中，myb33在 At5gO6IOO 基因的R2R3結(jié)構(gòu)域內(nèi)存在1個T-DNA 插入片段， myb65 在At3g11440基因的一個GAMYB-like保守基序Box1上存在1個T-DNA插入片段，這個基序緊鄰R2R3結(jié)構(gòu)域的C末端[21]。擬南芥 tms1（THERMOSENSITIVE MALESTERILE1）的溫敏表型由 At3gO8970 基因上的 Ds插入突變引起，表現(xiàn)為低于 18^°C 完全可育 .22^°C 時50% 可育、高溫 gt;30‰ 時完全不育。TMS1編碼一個熱激蛋白，含有DnaJ和PDI 結(jié)構(gòu)域[22]。擬南芥溫敏雄性不育突變體Atpub4的控制基因是At2g23I40 ，編碼一個 U-box/ARM 重復E3連接酶，Atpub4表現(xiàn)為高溫（ gt;22^°C ）不育、低溫（ lt;16C ！部分可育[23]。鄭亞潔等通過對擬南芥 Col-0 進行EMS誘變獲得1株溫敏雄性不育突變體atms1（ambient temperature- sensory male sterilityl） [24]，表現(xiàn)為 16^°C 時完全可育 .23°C 時 50% 不育 _，27‰ 時則完全不育。atms1性狀由 AtIg62940 基因的單堿基突變引起，其編碼了乙酰輔酶A合成酶5（ACOS5），即孢粉素合成酶。突變體rums（reversiblemalesterile）在 17^°C 能夠恢復育性，溫度 gt;24^°C 表現(xiàn)為不育。 RVMS（At4gIO950） 編碼1個GDSL脂肪酶，rums中存在1個單堿基（C269T）的突變[19]。擬南芥rpgl（RUPTUREDPOLLENGRAINI）突變體是一個花粉粒初生外壁缺陷的TGMS株系，表現(xiàn)為18^°C 下 47.4% 可育，而 24^°C 時僅 19.9% 可育。雙突變體rpglrpg2表現(xiàn)為更嚴重的敗育表型，即使在低溫下果莢僅 8.6% 可育。rpgl的控制基因是At5g40260 ，屬于MtN3/saliva 基因家族[25]。擬南芥attms18突變體控制基因Atlg12570是水稻OsTMS18的同源基因， AtIgI2570 基因第2個外顯子有 7bp 基因缺失產(chǎn)生移碼突變，導致attms18表現(xiàn)為溫敏不育表型，即在 28°C 下育性顯著下降，24^°C 下育性得到恢復。這也表明一些TGMS基因在植物中的功能具有保守性。

1.2 水稻TGMS基因

1973年，石明松發(fā)現(xiàn)了第1個受環(huán)境影響的細胞核雄性不育水稻—農(nóng)墾58S，為光敏核雄性不育材料[20]。20世紀80年代中期，水稻溫敏雄性核不育系5460S、安農(nóng)S-1和衡農(nóng)S-1等早燦品種被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，其育性均表現(xiàn)為高溫不育、低溫可育。相對PGMS，水稻TGMS材料更為豐富，基因來源更廣泛。目前，水稻中發(fā)現(xiàn)的TGMS 種質(zhì)有 tmsl^[27]，tms2^[28] 、tgms?osmsI^[36]?ostmsIS^[37]?ostmsIS^[38]?ostmsIS^[39]; 等定位到的溫敏雄性不育基因有十幾個（表1），其中被成功克隆的TGMS基因主要有Ugpl、TMS5、TMS10、TMS9-1、TMS18等，包括1個反溫敏雄性核不育基因。

水稻溫敏核不育系的主要來源為 AnS-1 和株1S，通過對 AnS-1 和株1S誘變或雜交衍生出眾多不育系。 AnS-1 高溫（ gt;26‰ ）表現(xiàn)出完全不育，低溫（ lt;24‰ ）表現(xiàn)出部分可育，不育基因TMS5被定位在2號染色體上[30]。株1S是含TMS5基因的TGMS株系，臨界溫度相對較低，為 22～23‰ （稻田日平均溫度一般在 26°C 左右）。配合力優(yōu)異的TMS5基因不僅在水稻TGMS中扮演關(guān)鍵角色，通過CRISPR/Cas9系統(tǒng)成功編輯的玉米同系物ZmTMS5在 32^qC 下表現(xiàn)出雄性不育， 24^°C 下育性得到恢復，進一步證明了TMS5基因在調(diào)節(jié)溫度依賴性生育方面的保守性[40-41]。TMS5 也是目前生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的 TGMS 基因[42-43]。水稻中另外3個 TGMS 基因TMS9、TMS1O和OsTMS19也被定位于第2號染色體，但與TMS5均不是等位基因。TMSI基因在溫敏不育品種5460s中通過RAPD分子標記定位在第8號染色體。TMS2基因源自NorinPLl2突變體，與第7號染色體的RFLP標記緊密連鎖。在粘稻IR32364突變體中，TGMS等位基因TMS3定位于第6號染色體。此外， UgpI、TMS9-I 與OsMS1定位于第9號染色體，且TMS9-1與OsMS1是等位基因[34]。除了上述基因，最新報道的OsTMS18基因定位于第10號染色體。水稻中控制溫敏雄性不育性狀的基因類型較為豐富，其參與調(diào)控溫度依賴的育性機理和育性轉(zhuǎn)換途徑不盡相同。

表1植物中已發(fā)現(xiàn)的溫敏核雄性不育基因

1.3 其他作物TGMS基因

與水稻相比，小麥、油菜、玉米、高粱和大豆等這些農(nóng)作物中溫敏核不育基因的鑒定、克隆及分子機制的研究相對滯后，多數(shù)停留在基因初步定位階段。已報道的玉米TGMS基因有ZmRNRLI、TMSI、TMS2 和 TMS3^[44] 等，其中ZmRNRLI定位于第9號染色體上，TMS1和TMS2分別定位在第3號和第5號染色體上[44]，TMS3定位于玉米第2號染色體上。通過圖位克隆，Zm00001d045192被確定為ZmRNRLI位點的候選基因，編碼核糖核酸還原酶大亞基，控制了玉米溫敏無雄穗的表型。小麥中報道的TGMS突變體有wtmsl和TMSBS20T，但只有wtmsl被定位，位于第2B染色體上[44]。油菜、棉花和大豆中雖報道過TGMS材料，但尚未定位到相關(guān)基因。

2溫敏核雄性不育的分子機制

隨著溫敏核雄性不育相關(guān)基因的定位和克隆，調(diào)控溫敏核雄性不育以及育性轉(zhuǎn)換的分子機制也陸續(xù)被揭示。已有研究表明，調(diào)控植物TGMS的分子機制涉及多個途徑，包括RNA代謝[56-58]、轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控、花粉壁合成[26]和受體激酶信號轉(zhuǎn)導等途徑[35，58]。對溫敏核雄性不育分子機制的剖析為TGMS的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

2.1 RNA代謝途徑

研究發(fā)現(xiàn)，水稻中UgpI和TMS5均通過RNA代謝過程調(diào)控植物的溫敏核雄性不育性狀。水稻Ugp1基因通過反向遺傳學方法鑒定獲得，編碼UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（UGPase），是水稻花粉母細胞減數(shù)分裂過程中胼胝質(zhì)沉積所必需的，且在質(zhì)外體卸載途徑和花粉發(fā)育中起橋梁作用。UgpI基因的RNAi沉默株系 UgpI-RI 表現(xiàn)為生長遲滯、分蘗數(shù)減少、矮化、開花延遲及雄性完全不育表型。而在過量表達Ugp1基因的后代中篩到的共抑制株系表現(xiàn)為高溫（ 28^°C ）不育、低溫 21‰ ）可育。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Ugpl的mRNA選擇性剪切受溫度調(diào)控，即高溫下Ugpl的共抑制株系小花中存在大量內(nèi)含子未被剪接的mRNA，其全長比正常mRNA長，在Ubil啟動子的 5^′ 未翻譯區(qū)含有未剪接的內(nèi)含子，內(nèi)源Ugp1的表達被完全抑制，進而導致正常的駢眠質(zhì)沉積被破壞。而低溫下生長的共抑制株系的小花積累了更多正確拼接的 UgpImRNA ，產(chǎn)生足夠豐度的UGPase蛋白，胼眠質(zhì)得以正常積累，從而使小花育性恢復[44]

TMS5是從 AnS-1 和株1S中圖位克隆獲得，為目前兩系雜交水稻中運用最為廣泛的溫敏核雄性不育基因。TMS5基因編碼1個保守的短版本的RNaseZ同源蛋白，被命名為RNase ，溫敏突變體中其編碼區(qū)第71位堿基突變導致翻譯提前終止。RNase 具有核酸內(nèi)切酶活性，但其自身表達不受溫度影響。RNase 作用底物是泛素-核糖體L40家族成員 Ub_L40 ，其在花粉母細胞中特異表達且受高溫誘導。RNase 能對3個 Ub_L40 的mRNA進行特異切割，降解成多個片段。高溫下，tms5突變體中的RNase 活性缺失，引起 Ub_L40 mRNAs過度積累，胞內(nèi)泛素化水平失衡，進而花粉母細胞液泡化，導致花粉敗育。而低溫時， AnS-1 和株1S體內(nèi)Ub_L40 的mRNA表達量較低，無需有活性的TGM5基因降解，花粉育性正常。后續(xù)翻譯組學數(shù)據(jù)顯示，TMS5可能通過轉(zhuǎn)錄、翻譯和翻譯后等多個水平調(diào)控水稻溫敏雄性不育性狀。此外，TMS5在禾本科作物中功能保守，通過基因編輯技術(shù)敲除水稻或者玉米中的TMS5同源基因，獲得的編輯株系具備溫敏核雄性不育特征。

2.2轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控

擬南芥中MYB家族轉(zhuǎn)錄因子，水稻中GATA[45] PHD^[60] 等家族的轉(zhuǎn)錄因子均參與調(diào)控溫敏核雄性不育性狀。

擬南芥MYB33、MYB65是含R2R3MYB結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子，與GAMYB家族同源[2]。常溫（ 23^°C ）下雙突變體myb33myb65細胞質(zhì)內(nèi)液泡增多[61」，使絨氈層體積膨大導致花粉在減數(shù)分裂前流產(chǎn)，從而出現(xiàn)半不育特征，低溫（ 16^qC ）下育性得到恢復。MYB家族的轉(zhuǎn)錄因子TDFI通過控制駢抵質(zhì)的降解和絨氈層的發(fā)育而間接影響花粉粒的正常發(fā)育[62-63] 。擬南芥溫敏雄不育突變體atms1通過抑制TDF1的表達來調(diào)控花粉育性的變化。在atms1突變體中沉默TDF1的表達，可以在高溫 27°C 時恢復atms1的育性，這一結(jié)果表明擬南芥TDF1對花粉育性的調(diào)控作用與溫度有關(guān)[61]

水稻中轉(zhuǎn)錄因子GATA1O和OsbHLH138通過調(diào)控下游 Ub_L40 基因的表達來調(diào)節(jié)tms5的育性轉(zhuǎn)換[45]。OsGATA10敲除時， Ub_L40 的 mRNAs表達水平顯著降低，低溫下tms5的育性得到恢復，這證實了轉(zhuǎn)錄因子GATAIO可以通過調(diào)節(jié) Ub_L40 的表達來調(diào)節(jié)育性轉(zhuǎn)換。OsbHLH138形成螺旋-環(huán)-螺旋的結(jié)構(gòu)進一步結(jié)合TMS5啟動子序列的核心區(qū)域[46]，并通過富含酸性氨基酸的結(jié)構(gòu)域激活TMS5的表達，無法處理 Ub_L40 的mRNA，導致高溫下mRNA積累產(chǎn)生雄性不育。這些結(jié)果表明，高溫下轉(zhuǎn)錄因子GATA10和OsbHLH138可以通過調(diào)節(jié)TMS5的表達和 Ub_L40 mRNAs的積累來調(diào)控育性。因此，這些轉(zhuǎn)錄因子在高溫和低溫條件下育性轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的調(diào)控作用。

衡農(nóng)S-1是我國最早的溫敏雄不育系，其性狀是由OsMS1（TMS9-1）基因引起的，OsMS1基因編碼與組蛋白相互作用的PHD轉(zhuǎn)錄因子[64]

OsMSl\"enminl發(fā)生由T到C的單堿基替換，從而產(chǎn)生等位基因 OsMSI^[60] ，溫度能調(diào)控OsMS1和OsMS1\"eminl蛋白豐度，以溫度依賴性方式激活下游基因表達，產(chǎn)生溫敏不育性狀[36]。低溫下，OsMS1和 0sMSl^wenminl 蛋白與轉(zhuǎn)錄因子 TDR互作以激活下游基因的表達，從而產(chǎn)生可育花粉。高溫下，OsMS1和OsMS1wenminl蛋白的豐度均下降，但突變體Osmsl中仍有足量的OsMS1-TDR復合物用以激活下游基因的表達，產(chǎn)生可育花粉;相反， OsMS1^wenmin1 對溫度響應(yīng)更為敏感，高溫條件下OsMS1\"emn蛋白豐度下降更為顯著，無法產(chǎn)生足量的OsMS1\"emmiml－TDR復合物，導致下游基因表達急劇下降并形成不育花粉，從而高溫不育。這一研究結(jié)果揭示了溫度調(diào)控蛋白豐度以激活下游基因表達產(chǎn)生TGMS的一種新機制，進一步闡明溫度調(diào)控水稻育性轉(zhuǎn)換的分子機制。

2.3 花粉壁合成

花粉的形成是一個精細又復雜的過程，花粉壁合成中的絨氈層發(fā)育[65-66]、絨氈層降解[38]、胼抵質(zhì)凋亡[]、花粉外壁形成[39]都與植物雄性不育密切相關(guān)。擬南芥atpub4通過控制絨氈層細胞的發(fā)育來調(diào)控育性。AtPUB4編碼E3泛素連接酶，調(diào)控了絨氈層細胞的生長和退化。AtPUB4功能缺失會導致絨氈層細胞不完全退化和花粉粒外壁結(jié)構(gòu)的顯著異常，引起具有溫度依賴性的雄性不育，atpub4在22^°C 下生長時表現(xiàn)為不育，在 16°C 下部分表現(xiàn)為可育。水稻中E3泛素連接酶同樣參與調(diào)控TGMS性狀的育性轉(zhuǎn)換溫度，通過輻射誘變 AnS-1 獲得2個不育起點溫度改變的突變體tms5csit1-1、tms5csitl-2。不育起點溫度均從 AnS-1 的 26^°C 升至32^°C 。CSITI編碼E3泛素連接酶，CSITI的突變導致蛋白質(zhì)量改變，不能過度泛素化與花粉發(fā)育相關(guān)的蛋白；CSIT2的突變會異常泛素化核糖體蛋白，進而引發(fā)核糖體大小亞基解離，引起育性的部分恢復和不育起點溫度的上升[65]。此外，擬南芥中還發(fā)現(xiàn)一些低溫下能夠恢復育性的突變體，如rums、rpgl、acos5（atms1）等，這些基因大多與花粉外壁形成相關(guān)。低溫下植物生長緩慢是自然界的普遍現(xiàn)象，研究人員提出了低溫緩慢生長是植物溫敏不育恢復的一個普遍機制的觀點[65]

以水稻中花11為背景誘變的溫敏不育系ostms18、ostms15ostms19的不育性狀均與花粉壁合成有關(guān)。OsTMS18編碼在花藥中高效表達的葡萄糖-甲醇-膽堿（GMC）氧化還原酶[26] 。ostms18的TGMS性狀由GMC氧化還原酶基因中的點突變［甘氨酸（Gly）到絲氨酸（Ser）]引起。進一步分析表明，絨氈層中的轉(zhuǎn)錄因子OsMS188直接調(diào)控OsTMS18，合成孢粉素以形成花粉壁[37]。高溫（ gt;29% ）下ostms18花粉壁發(fā)育缺陷導致花粉敗育；低溫（ lt;23°C ）下ostms18中有缺陷的花粉壁足以保護小孢子發(fā)育以恢復育性。擬南芥同源基因AtTM18的突變體也表現(xiàn)出TGMS表型。這表明OsTMS18的功能在水稻和擬南芥中具有保守性。這一途徑證實了花粉壁發(fā)育和 TGMS關(guān)聯(lián)。OsTMS15編碼在花藥中特異表達的富亮氨酸重復的受體樣激酶（LRR-RK）MSP1（MULTIPLESPOROCYTE1）[38]，可與其配體互作啟動絨氈層發(fā)育從而形成花粉。敲除OsTMS15會導致絨氈層完全缺失，OsTMS15中氨酸（Val） ～ 谷氨酸（Glu）的突變會導致絨氈層發(fā)育異常，產(chǎn)生溫敏雄性不育性狀。高溫（ gt;29% ）下，絨氈層逐漸空泡化，小孢子無法發(fā)育成花粉從而導致不育；低溫（ lt;23% ）緩慢發(fā)育能補償有缺陷的絨氈層以恢復ostmsl5的育性。OsTMSI9編碼花藥絨氈層特異表達的PPR蛋白，OsTMS19基因出現(xiàn)單堿基突變，導致氨基酸從Val突變?yōu)楸彼幔ˋla）。研究發(fā)現(xiàn)，花粉壁合成時期小孢子的活性氧（ROS）非常敏感，高溫（ gt;29% ）下ostms19的ROS過度積累會破壞小孢子發(fā)育，導致雄性不育；相反，在低溫（ lt;23°C ）下花藥中的ROS能被有效清除，從而恢復育性。進一步發(fā)現(xiàn)，ROS穩(wěn)態(tài)在tms5、ostms15和ostms18等TGMS系的育性轉(zhuǎn)化也至關(guān)重要。表明響應(yīng)溫度改變的ROS穩(wěn)態(tài)變化可能是水稻光溫敏不育系育性轉(zhuǎn)換的共性機制。

2.4信號轉(zhuǎn)導途徑

富亮氨酸的重復受體激酶（LRR-RK）是一種跨膜蛋白，能夠感知外界信號并將其轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)信號，從而調(diào)控植物生長發(fā)育和免疫反應(yīng)等[35]。除OsTMSI5編碼花藥中特異表達的LRR-RKMSP1外，水稻溫敏基因TMSIO及其同系物TMSIOL也編碼一種LRR-RLK，高溫條件下TMS1O激酶活性在水稻花藥絨氈層的降解過程中起重要作用。在高溫下，tms10突變體表現(xiàn)不育是由于絨氈層不能正常降解導致了花藥外壁發(fā)育異常。TMSIOL與TMS10功能冗余，雙突變體tms10tms10l在高低溫條件下均表現(xiàn)為不育，但在低溫環(huán)境中TMS1OL對于恢復tms10 的育性至關(guān)重要[35]。上述這幾個基因通過受體激酶信號轉(zhuǎn)導最終影響的也是花藥外壁的發(fā)育。由此可見，花藥壁形成是高溫調(diào)控育性的一個主要途徑，涉及到的基因種類也較為豐富。

2.5其他作物中TGMS的分子遺傳機制

迄今為止，國內(nèi)外在玉米中共發(fā)現(xiàn)了200多個核不育突變體，但成功克隆的玉米TGMS材料僅占少數(shù)。 6Qms 在高溫（ gt;25°C ）條件下花粉大多敗育，由于內(nèi)外穎閉合可育的花藥無法開裂散粉導致不育；低溫（ lt;25°C ）條件下育性正常。瓊 6Qms 的育性受2 對隱性基因tmsl和tms2 控制[4]。瓊68ms 是一種花藥敗育型溫敏核不育系，瓊 68ms 的育性受1對隱性基因tms3控制。玉米溫敏無雄穗突變體tut1-R是在自交系N17后代中選育出的[48]，ZmRNRL1編碼核糖核酸還原酶大亞基。玉米自交系CB1208-82是一種新的溫敏雄性不育材料，通過對CB1208-82的花藥發(fā)育過程進行細胞形態(tài)學觀察，推測不育系葉片中抗氧化酶活性低和活性氧積累可能是導致溫敏雄不育的原因。

甘藍型油菜中第1個溫敏核不育系是湘油91S，以湘油91S為基礎(chǔ)育成2個具有實用性的溫敏雄性核不育系，應(yīng)用于兩系雜交油菜生產(chǎn)。油菜溫敏不育系 SP2S 受2對隱性基因控制[55]，在高溫和低溫育性轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性和安全性上都優(yōu)于溫敏核不育系湘油 91S^[68] 。 SP2S 的TGMS表型是轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)異常導致絨氈層細胞缺陷和小孢子異常產(chǎn)生的。油菜160S株系隨溫度升高，其生育率、結(jié)莢率和單莢種子數(shù)均顯著下降，表明溫度是影響花朵形態(tài)和花粉生育力的關(guān)鍵因素[51]。低溫（ lt;20°C ）時育性正常，而溫度高于 25°C 時產(chǎn)生雄性不育[9]。油菜TGMS品系373S的小孢子核早期退化，外壁不規(guī)則，絨氈層發(fā)育異常，最終導致雄性不育[70]。通過RNA-Seq確定了26個可能與異常絨氈層退化和外壁形成有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，篩選出19個調(diào)控花粉發(fā)育和參與花粉外壁形成的關(guān)鍵基因。這些研究結(jié)果有利于了解花粉發(fā)育過程中復雜的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和理解TGMS油菜雄性不育的分子機制。

小麥中發(fā)現(xiàn)的溫敏型核不育株系有C68SBNY-S、A3017-310、WTMS1、TMSBS20T等。然而，溫敏玉米和溫敏小麥材料尚未廣泛應(yīng)用在兩系育種上。大豆雜種優(yōu)勢的利用目前仍受制于不育系資源短缺，僅有少數(shù)的光溫敏材料被報道，如溫敏雄性核不育突變體msp和光敏雄性核不育突變體88-428-BY^[54-55] 。

3存在問題及展望

雖然目前發(fā)現(xiàn)的TGMS材料以及克隆的調(diào)控基因不少，但在實際的生產(chǎn)應(yīng)用中仍然存在一些限制因素。首先，溫敏不育材料要在特定的環(huán)境條件下應(yīng)用，對環(huán)境依賴性較高，這就限制其在不同生態(tài)區(qū)或者不同季節(jié)廣泛推廣。其次，不育材料從可育轉(zhuǎn)變?yōu)椴挥呐R界溫度是保障兩系雜交水稻制種安全的關(guān)鍵。然而，一些TGMS材料不育起點溫度偏高或遺傳漂移等因素會導致其不穩(wěn)定性增加，進而雜交種子的純度無法完全保障，造成巨大的經(jīng)濟損失[19]，極大程度上限制了其大范圍的應(yīng)用。另外，溫敏核不育基因同質(zhì)化嚴重，在生產(chǎn)應(yīng)用上過度依賴于TMS5基因?qū)е耇GMS在生產(chǎn)中的潛力受限[7]。為應(yīng)對此問題，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域科學工作者應(yīng)盡可能創(chuàng)制或者挖掘更多的溫敏核不育種質(zhì)和基因，解析其調(diào)控的分子網(wǎng)絡(luò)機制，結(jié)合實際的生產(chǎn)應(yīng)用成效，以盡早擺脫溫敏核不育系在生產(chǎn)應(yīng)用中局限性，突破卡脖子問題。

溫敏核不育材料應(yīng)用前景廣闊，不僅可以促進作物兩系雜交體系的應(yīng)用，也有利于了解植物適應(yīng)環(huán)境高溫機制，進而促進耐高溫作物的培育。如今，農(nóng)業(yè)已步人育種5.0時代，這就意味著利用分子生物學技術(shù)可快速創(chuàng)制出目標性狀的新種質(zhì)[4，72-73]，比如通過 CRISPR/Cas9 基因編輯技術(shù)創(chuàng)制新的TGMS突變株系已成為當前的研究熱點之_[74]，這為在水稻和其他作物中克隆更多 TGMS 基因、創(chuàng)造溫敏不育材料開辟了一條新道路。近年來，隨著生物技術(shù)的發(fā)展和成本降低，高通量測序、多維組學、單細胞測序、空間代謝組、空間轉(zhuǎn)錄組等技術(shù)得以應(yīng)用于水稻、小麥、玉米、大豆等主要農(nóng)作物中[75]，加速了作物溫敏核不育基因的挖掘和鑒定，以及溫敏核不育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的解析，將為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來更多的創(chuàng)新和突破。

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