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分子植物育种
(
网络版
), 2012
年
,
第
10
卷
,
第
1001
-
1011
页
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online), 2012, Vol.10, 1001
-
1011
http://mpb.5th.sophiapublisher.com
1007
广泛应用。随着生物技术的快速发展，通过转基因
技术和传统育种方法相结合，有望真正解决玉米隐
性核不育系的保持和繁殖问题，将其应用到杂交玉
米的育种实践，大大提高玉米杂种优势利用效率和
杂交制种水平。
4
玉米隐性核不育系有效保持、繁殖和育种
应用的生物技术途径探索
4.1
利用转基因技术解决玉米隐性核不育系的有效
保持问题
随着分子生物学的发展，部分隐性核不育系的
育性控制机理逐渐被阐明，核不育基因及其相应的
育性恢复基因被成功克隆
(Albertsen et al., 1995, 2009;
Wu and Hershey, 2011)
，因此可以通过转基因的方法
恢复该不育系的育性。最先用到的策略是利用诱导
型启动子驱动的育性恢复基因
(
Ms
)
转化隐性核不育
系
(Albertsen et al., 1995)
。诱导性调控元件是能够应
答于诱导剂直接或间接激活下游基因表达的
DNA
序
列。当不存在诱导剂时，目标基因
(
Ms
)
不能被转录，
因此育性恢复基因编码的蛋白质
(Ms)
以非活性形式
存在，转基因植株表现为不育系性状；当存在诱导
剂时，目标基因
(
Ms
)
被转录激活，因此目标蛋白
(Ms)
转化为有功能的活性形式，转基因植株表现为雄性
可育的保持系性状，可以自交结实。这里的诱导剂
可以是化学试剂，如蛋白质、代谢产物、生长调控
因子、除草剂等，也可以通过热、冷、盐或毒性元
素施加的生理胁迫等，主要取决于所用的诱导性调
控元件类型
(Albertsen et al., 1995, 2009)
。
4.2
利用荧光蛋白技术解决转基因技术的标记性状
问题
转化载体一般包含筛选基因或者报告基因，用
于选择经过转化的植物细胞或组织。转基因技术的
筛选标记基因一般是赋予受体抗生素抗性或除草
剂抗性基因，常用的如卡那霉素抗性基因
(
NPTII
)
、
潮霉素抗性基因
(
Hyp
)
、草甘膦抗性基因
(
aroA
)
和草
丁膦抗性基因
(
Bar
)
等
(Frame, 2006)
。但是，这些筛
选基因的抗性性状只能在转基因后代生长过程中
表现出来，而不能在种子阶段进行筛选，诊断时期
滞后，因此独立作为不育基因的连锁标记不太合
适。而作为转基因植物报告基因的荧光蛋白，如绿
色荧光蛋白基因
(
GFP
)
、红色荧光蛋白基因
(
RFP
)
、
青色荧光蛋白基因
(
CFP
)
和黄色荧光蛋白基因
(
YFP
)
等
(Chalfie et al., 2004)
，可以使转基因植物细胞具有
特异的颜色，因此可以通过荧光显微镜来选择。如
果这些荧光蛋白报告基因在种子特异表达启动子
的调控下，则可以在种子阶段通过荧光的有无筛选
不育系和保持系
(
转基因种子
)
，从而大大提高转基
因植株的选择效率。
4.3
利用花粉失活策略解决转基因技术的基因漂移
问题
目前，针对转基因作物的最大争议在于其可能产
生的生态危险—基因漂移问题。而对于开花作物而
言，最佳的解决方案就是利用转基因作物的雄性不育
技术，使转基因元件不能通过花粉传播
(Daniell,
2002)
。具体方案为使目标转基因与干扰花粉形成或
花粉功能的基因相连，如细胞毒素基因、甲基化酶基
因和生长抑制基因等。此外，特异干扰花粉中淀粉的
正常积累或者影响花粉中淀粉渗透平衡的基因也可
以，如使用雄性组织优先型启动子调控下的玉米
a
-淀
粉酶-
1
基因
(
ZmAA1
)
，导致花粉粒能量来源崩溃以及
花粉发育被遏制而产生不育
(Young et al., 1994)
。
4.4
转基因技术与传统育种技术的完美结合—
SPT
技术
近年来，美国杜邦先锋公司发明了一种新型杂交
种子生产技术体系—
SPT (Seed production technology)
技术，综合利用了转基因技术、荧光蛋白筛选技术
和花粉失活技术策略，有效地解决了玉米隐性核雄
性不育系的保持和繁殖问题
(Hondred et al., 2009)
。
其设计思路是利用现代生物技术，将玉米花粉育性
恢复基因、杀花粉基因和红色荧光蛋白标记基因组
合在一起，构建遗传转化载体，通过转基因技术，
导入到玉米隐性核雄性不育系中，从而恢复不育系
的育性并能有效繁殖，实现一系两用的目的
(
图
2)
。
该转基因株系自交后，产生
50%
的不育系种子
(
非红
色荧光种子
)
和
50%
的保持系种子
(
红色荧光种子
)
，
通过机械色选技术有效地将这两部分种子分离，正
常颜色种子可以繁殖为不育系，用于玉米杂交育种
和杂交制种；红色荧光种子自交产生其本身和正常
颜色不育系种子。