綠豆雄性不育突變體msm2015-1的遺傳學(xué)與細(xì)胞學(xué)分析

吳然然 林 云 陳景斌 薛晨晨 袁星星 閆 強(qiáng) 高 營 李靈慧 張勤雪 陳 新

江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所, 江蘇南京 210014

綠豆[Vigna radiate(L.) Wilczek]屬于豆科(Leguminosae)、蝶形花亞科(Papilionaceae)、豇豆屬(Vigna), 是嚴(yán)格的閉花授粉雙子葉作物。作為全球(尤其是亞洲)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的重要雜糧作物[1-2], 綠豆是優(yōu)質(zhì)膳食蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)和碳水化合物的來源[3-4]。近些年隨著我國種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的進(jìn)行, 綠豆的需求量持續(xù)攀升, 但其產(chǎn)量一直相對較低[5]。雜交是提高作物產(chǎn)量的有效手段, 且雜交種具有適應(yīng)性強(qiáng)、均勻性好、非生物和生物耐受性高等優(yōu)良性狀, 為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)做出了巨大貢獻(xiàn)[6-8]。玉米是世界上首個(gè)利用雜種優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)商業(yè)化雜交種的作物[9-10], 隨后在水稻[6]、小麥[11]、大麥[12]、油菜[13]、棉花[14]等多個(gè)作物中逐漸建立了雜交育種體系。研究顯示, 綠豆雜種優(yōu)勢突出, 利用綠豆品種‘KPS1’與‘Korea 7’等不同組合配制的雜交種在產(chǎn)量上最高可得到40%以上的超親優(yōu)勢[15]。但由于綠豆是嚴(yán)格的閉花授粉作物, 嚴(yán)重阻礙了其雜種優(yōu)勢利用。

在雌雄同花作物中, 雄性不育材料是雜種利用中的寶貴資源。廣義上講, 雄性不育是指植物不能產(chǎn)生開裂的花藥、有功能的花粉或有活力的雄配子[16], 可分為3種類型: (1) 細(xì)胞質(zhì)不育(cytoplasmic male sterility, CMS), 由核基因偶聯(lián)的線粒體基因引起, 又叫核質(zhì)互作不育[17], 可應(yīng)用于“三系法”雜交體系, 但需要可靠的恢復(fù)系[18]。(2) 細(xì)胞核不育(genetic male sterility, GMS), 僅由核基因引起[19],先前由于較難獲得大規(guī)模雄性不育母本而在雜交制種中難以應(yīng)用, 但隨著生物技術(shù)的發(fā)展以及不斷的科學(xué)探索, 科學(xué)家已在玉米等異花傳粉作物中開發(fā)出基于隱性核雄性不育的高效制種系統(tǒng)[20-21]; (3)環(huán)境敏感型核不育(environment-sensitive genic male sterility, EGMS), 指育性受到光周期、溫度等環(huán)境因素影響[7], 可應(yīng)用于“兩系法”雜交體系。在擬南芥、水稻、玉米等植物中雄性不育材料的研究報(bào)道很多且類型多樣, 花粉的細(xì)胞學(xué)分析及其敗育的分子機(jī)理也研究得較為透徹[21-24]。

然而, 目前綠豆的雄性不育研究尚屬空白。本研究通過對‘蘇綠 1號’進(jìn)行60Co-γ誘變獲得綠豆穩(wěn)定遺傳雄性不育突變體, 分析了其表型, 對育性分離群體進(jìn)行了遺傳分析, 以及對其花粉發(fā)育進(jìn)行了細(xì)胞學(xué)分析, 解析了花粉敗育發(fā)生的時(shí)期和可能的原因, 以期為深入研究綠豆雄性不育機(jī)理及雜種優(yōu)勢利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

田間試驗(yàn)于 2014—2019年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行, 室內(nèi)試驗(yàn)在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所內(nèi)實(shí)驗(yàn)平臺完成。

1.2 ‘蘇綠1號’輻射誘變

2014年初對 3 kg ‘蘇綠 1號’ (約 5萬粒)進(jìn)行60Co-γ輻射誘變, 使用劑量200 Gray。誘變后的綠豆種子播種, M1代混收。從M2代誘變?nèi)后w中選擇1000個(gè)單株種成株行。從其后代(M3)中篩選育性相關(guān)突變體。

1.3 綠豆雄性不育突變體的表型分析

‘蘇綠 1號’和msm2015-1突變體于谷雨時(shí)節(jié)盆栽種植于江蘇南京市江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院內(nèi), 分析觀察了連續(xù) 2年的表型, 包括營養(yǎng)生長期的株型和株高、花期的花蕾和盛開花朵的結(jié)構(gòu), 以及成熟期結(jié)莢情況, 2年表現(xiàn)型一致。成熟花粉的花藥和柱頭表型于體視鏡下觀察。掃描電鏡方法參考文獻(xiàn)[25],花組織用 2.5%戊二醛固定液固定, 觀察前用0.1 mol L-1磷酸緩沖液沖洗 3遍, 之后使用梯度酒精溶液脫水, 酒精-異戊基醋酸(v∶v = 1∶3)溶液中處理1 h, CO2臨界點(diǎn)干燥, 真空鍍膜, 使用江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室平臺蔡司掃描電子顯微鏡(EVO-LS10)進(jìn)行觀察。

1.4 綠豆雄性不育突變體群體的遺傳學(xué)分析

單株收獲與不育株同一個(gè)株系的可育植株, 按株系種植M4代。去除表型不分離的株系(全部可育)后, 將可分離的株系組成遺傳群體進(jìn)行遺傳學(xué)分析。統(tǒng)計(jì)了分離群體中可育株系和不育株系的數(shù)目,利用卡方進(jìn)行符合性檢測。

1.5 綠豆雄性不育突變體的細(xì)胞學(xué)觀察

綠豆盛花期, 于上午8:00左右, 收集‘蘇綠1號’和msm2015-1突變體不同發(fā)育時(shí)期的花苞及盛開的花朵, 置于卡諾固定液(無水乙醇∶冰醋酸 = 3∶1)或者FAA固定液(50%乙醇∶冰醋酸∶甲醛 = 89∶6∶5)中固定備用。

1.5.1 成熟花粉粒生活力檢測 此部分試驗(yàn)方法主要參考文獻(xiàn)[25-26]。(1) 花粉柱頭萌發(fā): 盛開的綠豆花朵置于卡諾固定液中固定24 h后, 雌蕊經(jīng)酒精系列復(fù)水, 再用蒸餾水漂洗 3次。置于 2 mol L-1NaOH中軟化柱頭 12 h, 蒸餾水漂洗 3次, 最后用0.05%苯胺藍(lán)避光染色 12 h, 置于熒光倒置顯微鏡(蔡司 Axio Vert A1)下觀察并照相, ‘蘇綠 1號’和msm2015-1各觀察3個(gè)柱頭。(2) 花粉體外萌發(fā): 采用液體培養(yǎng)法, 即在載玻片上滴入適量花粉液體培養(yǎng)基, 在綠豆花朵剛開放時(shí)用鑷子剖出花粉置于培養(yǎng)基中, 蓋上蓋玻片, 放入濕潤的培養(yǎng)皿中, 30℃培養(yǎng)箱中遮光培養(yǎng) 2 h, 光學(xué)顯微鏡下觀察, 分別取 3個(gè)‘蘇綠1號’和msm2015-1的花粉樣本進(jìn)行試驗(yàn), 各觀察3個(gè)不同的視野。(3) Alexander和I2-KI染色: 固定好的成熟花粉用鑷子剖出置于載玻片上, 滴 1～2滴Alexander染液或者1% I2-KI染液, 蓋玻片封片,光學(xué)顯微鏡下觀察。分別取 3個(gè)‘蘇綠 1號’和msm2015-1的花粉樣本進(jìn)行觀察, 每個(gè)樣本觀察 3個(gè)不同的視野, 統(tǒng)計(jì)不少于 200粒花粉, 通過染色率來計(jì)算花粉的敗育率。

1.5.2 成熟花粉粒核質(zhì)發(fā)育檢測 固定好的成熟花粉用鑷子剖出置于載玻片上, 在花粉粒上方滴上一滴(10～20 μL) DAPI染液, 蓋玻片封片, 在黑暗中反應(yīng)15 min[26], 置于熒光倒置顯微鏡(蔡司Axio Vert A1)下觀察并照相。分別取 3個(gè)‘蘇綠 1號’和msm2015-1的花粉樣本進(jìn)行染色, 每個(gè)樣本觀察 3個(gè)不同的視野。

1.5.3 花粉母細(xì)胞早期發(fā)育分析 將不同發(fā)育時(shí)期的花苞從卡諾固定液中取出, 用雜交鑷剝離出花粉置于載玻片上, 滴入適量醋酸洋紅染液, 染色2～5 min, 蓋玻片封片, 光學(xué)顯微鏡觀察花粉的形態(tài)特征,區(qū)分不同的發(fā)育時(shí)期, 拍照并分析[25]。‘蘇綠 1號’和msm2015-1分別觀察3組花苞樣本。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠豆雄性不育突變體的獲得及表型分析

2015年7 月在輻射誘變?nèi)后w中發(fā)現(xiàn)一個(gè)綠豆株系出現(xiàn)育性分離, 該株系共有38株, 其中9株表現(xiàn)為不育, 命名為‘不育綠豆 2015-1’(male sterile mungbean2015-1, 簡寫為msm2015-1)。表型分析發(fā)現(xiàn), 營養(yǎng)生長期msm2015-1的株高和株型與‘蘇綠 1號’沒有明顯差異(圖1-A)。盛花期,msm2015-1花器官外觀形態(tài)發(fā)育正常, 花蕾、盛開的花朵及其旗瓣、翼瓣、龍骨瓣形態(tài)均正常(圖1-B～D)。成熟期‘蘇綠1號’葉片發(fā)黃脫落且有大量結(jié)實(shí)莢, 而msm2015-1生長勢依舊旺盛, 葉片肥厚呈綠色不脫落, 不能正常結(jié)莢, 偶有小肉莢, 但在開花 2～3 d后自然脫落(圖1-E, F)。若土壤肥力充足,msm2015-1可無限持續(xù)開花數(shù)月。

花藥解剖結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn), ‘蘇綠1號’花藥飽滿正常開裂(圖2-A, D), 有大量黃色花粉散出并附著于柱頭(圖2-B), 而msm2015-1花藥發(fā)白, 沒有正常開裂散粉(圖2-A, E), 柱頭上幾乎沒有花藥附著(圖2-C)。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn), 正常的成熟花粉粒呈飽滿的近球形, 表面呈多個(gè)規(guī)則的多邊形排列, 萌發(fā)孔可見(圖2-F), 而msm2015-1的花粉粒大多皺縮呈扁帽子狀, 且花粉粒大小不一, 表明紋路雜亂不規(guī)則, 未觀察到正常的萌發(fā)孔(圖2-G)。

2.2 育性分離群體的遺傳學(xué)分析

msm2015-1所在的育性分離群體(M3代)共有38株, 其中29株可育, 9株不育; 由這29個(gè)可育株衍生的M3:4株系中有16個(gè)株系發(fā)生分離, 在M4代統(tǒng)計(jì)了這些分離株系的分離比, 可育株系 187株, 不育株系共有 71株,χ23:1等于 0.873, 小于P0.05=3.84(表1), 表明msm2015-1雄性不育性狀由單個(gè)隱性核基因控制。

2.3 花粉發(fā)育的細(xì)胞學(xué)分析

2.3.1 成熟花粉生活力的檢測 本研究首先用苯胺藍(lán)染色觀察花粉柱頭萌發(fā)情況發(fā)現(xiàn), ‘蘇綠1號’柱頭上附著的花粉粒及其萌發(fā)出的花粉管清晰可見(圖3-A), 而msm2015-1中柱頭上幾乎看不到花粉粒(圖3-B), 與圖2-C結(jié)果一致。為了檢測msm2015-1的花粉是否具有萌發(fā)活力, 我們用雜交鑷剖開成熟花藥, 擠出花粉粒進(jìn)行體外萌發(fā)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), ‘蘇綠 1號’的花粉粒在體外萌發(fā)正常, 而msm2015-1花粉粒的離體萌發(fā)率幾乎為0 (圖3-C, D)。Alexander染色結(jié)果顯示, 野生型花粉可以均勻正常著色(圖4-A),而msm2015-1花粉大多不能著色(圖4-B); 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,msm2015-1花粉敗育率為 96.67% (圖4-C)。I2-KI染色結(jié)果發(fā)現(xiàn), 野生型花粉形狀規(guī)則, 可以被均勻染色(圖4-D), 而msm2015-1花粉染色異常(圖4-E), 出現(xiàn)了典敗、圓敗和染敗 3種類型, 其中典敗和圓敗居多, 表明突變體花粉敗育時(shí)期較早;統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,msm2015-1花粉敗育率為 94.50%(圖4-F)。同時(shí), 我們用 Alexander染色分析成熟花蕾的花藥發(fā)現(xiàn), ‘蘇綠1號’花藥囊里的花粉粒可以被染成紫紅色, 形狀規(guī)則飽滿(圖4-G); 而msm2015-1花藥囊形狀干癟, 內(nèi)部花粉粒著色異常(圖4-H)。

表1 育性分離群體的遺傳學(xué)分析Table 1 Genetic analysis of fertility separation population

2.3.2 成熟花粉細(xì)胞核發(fā)育的檢測 綠豆的成熟花粉粒屬于2-細(xì)胞型, 即當(dāng)花粉從裂開花藥中散出時(shí),雄配子仍在 2-細(xì)胞的發(fā)育階段, 含有 1個(gè)生殖核和1個(gè)營養(yǎng)核[27]。DAPI染色結(jié)果顯示, 在‘蘇綠1號’的成熟花粉粒中可以檢測到 2個(gè)核, 緊湊且亮度高的為生殖核, 較為松散的為營養(yǎng)核(圖5-A), 花粉粒性狀規(guī)則。而在msm2015-1的成熟花粉粒中未觀察到明顯的細(xì)胞核, 且花粉粒大小不一(圖5-B), 核質(zhì)發(fā)育異常。

2.3.3 花粉早期發(fā)育階段細(xì)胞學(xué)觀察 花粉碘染試驗(yàn)表明,msm2015-1敗育發(fā)生在花粉發(fā)育早期, 為確定具體的敗育時(shí)期, 我們分別對不同發(fā)育時(shí)期的花蕾進(jìn)行醋酸洋紅染色發(fā)現(xiàn),msm2015-1的花粉在四分體時(shí)期出現(xiàn)了異常, 正常花粉粒會經(jīng)減數(shù)分裂分成 4個(gè)大小均等的小孢子, 而msm2015-1的花粉母細(xì)胞則出現(xiàn)了不均勻分裂和異常多分裂現(xiàn)象(圖6-A), 其中異常多分裂較為常見, 可以觀察到多種類型的分裂現(xiàn)象(圖6-B), 最終導(dǎo)致花粉敗育。表明四分體時(shí)期花粉母細(xì)胞的減數(shù)分裂異常是導(dǎo)致msm2015-1花粉敗育的主要原因。

3 討論

3.1 綠豆雄性不育突變體與雜種優(yōu)勢利用

60Co-γ輻射誘變是常用的育種手段, 可加快農(nóng)作物新品種的選育進(jìn)程。本研究利用該方法成功獲得綠豆雄性不育突變體msm2015-1, 花藥不能正常散粉且花粉敗育, 座莢率幾乎為 0。在田間試驗(yàn)中,本研究發(fā)現(xiàn),msm2015-1有極少量的自結(jié)莢, 暗示雌配子可能是可育或者部分可育的, 不育株的后代可以穩(wěn)定遺傳雄性不育表型。自結(jié)莢可能是由于msm2015-1花粉未徹底敗育, 抑或花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)會偶爾產(chǎn)生極少量的正常花粉, 由蟲媒輔助授粉所致。

豆科作物的雜種優(yōu)勢明顯, 但受其花器官結(jié)構(gòu)、易落花落莢、授粉方式等因素影響, 制種難度大, 雜種優(yōu)勢利用研究也相對落后[28]。木豆是目前世界上唯一商業(yè)化雜交制種的豆科植物。1991年,印度國際半干旱熱帶作物研究所(ICRISAT)利用隱性細(xì)胞核不育系(GMS)育成并發(fā)布了首個(gè)木豆雜交種 ICPH8, 與主栽品種對照增產(chǎn)超 25.6%以上[29]。隨后 ICRISAT的科學(xué)家育成了基于細(xì)胞質(zhì)不育系(CMS)的首個(gè)商業(yè)化雜交木豆ICPH 2671, 增產(chǎn)高達(dá)47%[30]。大豆雜交種研究已持續(xù)了數(shù)十年, 21世紀(jì)初期, 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院育成并審定了世界上第 1批雜交大豆, 由基于 CMS的“三系法”雜交獲得, 產(chǎn)量提高20%以上, 同時(shí)研究建立了“環(huán)境 昆蟲 作物三位一體綜合調(diào)控”制種體系[31-32]。然而, 大豆雜交制種仍然存在技術(shù)瓶頸, 因而至今尚未大面積商業(yè)化推廣。其他豆類作物如菜豆, 其雜交種可增產(chǎn)高達(dá)47%, 雖已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了CMS突變體, 但同樣限于雜交制種阻礙未能商業(yè)化推廣[17]。

綠豆是嚴(yán)格的自花授粉作物, 天然異交率約1.68%[33], 嚴(yán)重制約著其雜交制種。因此, 綠豆雜種優(yōu)勢利用也將會遇到一些技術(shù)瓶頸, 只有通過優(yōu)異資源的不斷挖掘和現(xiàn)代生物技術(shù)的融入才能有效推動其發(fā)展。本研究組前期發(fā)現(xiàn)的綠豆花開張突變體(chasmogamous mutant, CM)翼瓣和龍骨瓣缺失, 花藥外露, 打破了綠豆進(jìn)行異花傳粉的生理障礙, 可開發(fā)為較為理想的父本材料, 邁出了綠豆雜交制種的第一步[34]。因此當(dāng)下選育可利用的綠豆雄性不育系是實(shí)現(xiàn)綠豆雜交制種的關(guān)鍵鎖鑰。綠豆雄性不育研究相對糧食作物(如水稻、小麥等)和大宗經(jīng)濟(jì)作物(如玉米、棉花、大豆等)落后很多, 目前尚無相關(guān)報(bào)道。本研究通過輻射誘變育種技術(shù)首次獲得了綠豆雄性不育突變體msm2015-1。遺傳分析發(fā)現(xiàn), 育性分離群體的可育株和不育株的分離比符合 3∶1, 表明不育性狀由單個(gè)隱性核基因控制。目前, 我們正在試驗(yàn)優(yōu)化雜交組合構(gòu)建定位群體, 以開展后續(xù)的基因定位和功能研究工作。

3.2 綠豆雄性不育突變體 msm2015-1花粉敗育的原因剖析

植物雄性生殖涉及多個(gè)發(fā)育過程, 包括雄蕊分生組織的特化、造孢細(xì)胞的形成及小孢子母細(xì)胞的分化、減數(shù)分裂、小孢子的成熟和授粉[35]。雄性不育可由孢子體或配子體花藥組織的異常發(fā)育所致。大多數(shù)孢子體雄性不育突變體主要影響絨氈層和減數(shù)分裂細(xì)胞, 導(dǎo)致花粉敗育或無花粉不育; 而配子體雄性不育突變體主要影響小孢子或花粉粒的發(fā)育[16]。

msm2015-1的花藥不能正常開裂散出花粉(圖2),花粉柱頭染色亦未見花粉附著和花粉管伸長(圖3),表明花粉幾乎不能與柱頭接觸授粉。花藥開裂是植物完成授粉的重要步驟之一, 包括藥室內(nèi)壁的增厚、絨氈層的降解和裂口的形成 3個(gè)過程, 其受到包括激素(如 IAA、JA、GA 等)和環(huán)境因素(如低溫等)在內(nèi)的復(fù)雜信號通路的調(diào)控[36-37]。很多雄性不育突變體是由于絨氈層細(xì)胞的異常分化和降解所致。研究發(fā)現(xiàn), 參與絨氈層的發(fā)育調(diào)控的基因主要有bHLH轉(zhuǎn)錄因子、MYB轉(zhuǎn)錄因子、PHD-finger結(jié)構(gòu)域蛋白等[38-39]。例如擬南芥DYT1(DYSFUNCTIO NAL TAPETUM1)和AMS(ABORTED MICROSPOR ES), 水稻中對應(yīng)同源基因UDT1(UNDEVELOPED TAPETUM1)和TDR(TAPETUM DEGENERATION RETARDATION)等都屬于 bHLH 轉(zhuǎn)錄因子[38,40]; 擬南芥MYB33、MYB65、TDF1(DEFECTIVE in TAPETAL DEVELOPMENT and FUNCTION1)和AtMYB103/MS188以及水稻GAMYB等都屬于MYB轉(zhuǎn)錄因子[39,41]; 擬南芥MS1(MALE STERILITY1)、水稻PTC1(PERSISTENT TAPETAL CELL1)等編碼了PHD-finger結(jié)構(gòu)域蛋白[38,42]。msm2015-1的花藥開裂異常是否與絨氈層的發(fā)育相關(guān)需要進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。

從msm2015-1成熟花藥中擠出的花粉粒在體外未萌發(fā), 細(xì)胞質(zhì)不能被Alexander和I2-KI染液正常著色(圖4), 表明花粉幾乎無生活力。碘染中典敗和圓敗居多, 表明花粉敗育時(shí)期發(fā)生在花粉發(fā)育早期階段。DAPI染色實(shí)驗(yàn)中, 在msm2015-1成熟花粉中未觀察到細(xì)胞核(圖5), 這可能是由于早期花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂異常, 或者單核花粉細(xì)胞有絲分裂異常引起。我們通過對不同發(fā)育時(shí)期的花粉進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),msm2015-1的花粉母細(xì)胞出現(xiàn)了減數(shù)分裂異常,四分體時(shí)期出現(xiàn)不均勻分裂及異常多分裂現(xiàn)象(圖6), 導(dǎo)致產(chǎn)生了沒有活力、大小不均一的小孢子。花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂異常也是影響育性的常見原因,在水稻、擬南芥等植物中發(fā)現(xiàn)的相關(guān)突變體很多,可發(fā)生在減數(shù)分裂的各個(gè)時(shí)期, 尤其是減數(shù)分裂 I前期的同源染色體配對和聯(lián)會、后期的同源染色體分離和胞質(zhì)分裂等。水稻中報(bào)道的與PAIR(pairing aberration in rice)相關(guān)的雄性不育突變體, 如pair3在同源染色體配對聯(lián)會時(shí)發(fā)生異常, 最終導(dǎo)致了雌雄配子均敗育[43]。油菜代表性溫敏不育系(TGMS)TE5A株系, 也是同源染色體無法正常配對聯(lián)會及形成二價(jià)體, 最終導(dǎo)致無花粉粒敗育[44]。擬南芥ems1(excess microsporocytes1)突變體雖然在減數(shù)分裂時(shí)核分裂是正常的, 但小孢子母細(xì)胞不進(jìn)行胞質(zhì)分裂, 導(dǎo)致小孢子未形成及最終的雄性不育[45]。水稻中DTM1(DEFECTIVE TAPETUM AND MEIOC YTES 1)編碼一類谷物中特異的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白, 同時(shí)調(diào)控著花粉絨氈層的分化和降解及減數(shù)分裂, 表現(xiàn)為在減數(shù)分裂I早期停滯, 最終無花粉粒生成而敗育[46]。水稻osagg1突變體表現(xiàn)出花藥不開裂, 花粉粒大多數(shù)干癟且典敗表型, 與msm2015-1的表型較為相似, 研究發(fā)現(xiàn),osagg1減數(shù)分裂早期重組和聯(lián)會發(fā)生正常, 但重組交叉數(shù)明顯減少, 最終導(dǎo)致了雌雄配子均敗育[47]。然而,msm2015-1的花粉減數(shù)分裂異常具體發(fā)生在哪個(gè)階段以及雌配子育性是否受到影響還有待進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。由于msm2015-1的花藥不開裂, 且減數(shù)分裂異常, 推斷其應(yīng)屬于孢子體雄性不育突變體, 敗育的分子機(jī)制有待進(jìn)一步的深入研究。

4 結(jié)論

本研究通過60Co-γ輻射誘變成功獲得綠豆雄性不育突變體msm2015-1, 營養(yǎng)生長表型正常, 座莢率幾乎為 0, 不育表型可穩(wěn)定遺傳。遺傳分析顯示,可育和不育株系的分離比符合 3∶1, 表明不育性狀由單個(gè)隱性核基因控制。msm2015-1的花藥開裂異常, 花粉幾乎無生活力, 細(xì)胞核發(fā)育異常, 花粉敗育發(fā)生在四分體時(shí)期, 由花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂不均勻和異常多分裂所致, 屬于核基因控制的孢子體雄性不育類型。