Цитоплазматическое мужское бесплодие - Cytoplasmic male sterility

Цитоплазматическое мужское бесплодие полное или частичное мужское бесплодие у растения в результате конкретных ядерный и митохондриальный взаимодействия.[1] Мужское бесплодие - это неспособность растений производить функциональные пыльники, пыльца, или мужчина гаметы.

Фон

Йозеф Готлиб Кёльройтер был первым, кто задокументировал мужское бесплодие у растений. в 18-ый век, он сообщил об абортах пыльников внутри видов и конкретных гибридов.

Цитоплазматический мужская стерильность (CMS) в настоящее время выявлена ​​у более чем 150 видов растений.[2] Мужское бесплодие более распространено, чем женское. Это могло быть потому, что мужчина спорофит и гаметофит менее защищены от окружающей среды, чем яйцеклетка и зародышевый мешок. Растения с мужской стерильностью могут давать семена и размножаться. Растения с женской стерильностью не могут развить семена и не будут размножаться.

Проявление мужской стерильности при CMS может полностью контролироваться цитоплазматическими факторами или взаимодействиями между цитоплазматическими факторами и ядерными факторами. Мужское бесплодие может возникнуть спонтанно в результате мутаций в ядерные гены и / или цитоплазматический или цитоплазматический генетический. В этом случае триггер для CMS находится в внеядерный геном - (митохондрии или же хлоропласт ). Внеядерный геном наследуется только по материнской линии. Естественный отбор цитоплазматических генов также может привести к низкому производству пыльцы или мужской стерильности.

Мужское бесплодие легко обнаружить, потому что большое количество пыльцевых зерен продуцируется мужскими фертильными растениями. Пыльцевые зерна можно исследовать с помощью методов окрашивания (кармин, лактофенол или же йод ).

Цитоплазматическое мужское бесплодие

Цитоплазматическая мужская стерильность, как следует из названия, находится под внеядерным генетическим контролем (под контролем митохондриального или пластидного генома). Это показывает неменделирующее наследование с мужским бесплодием по материнской линии. В общем, существует два типа цитоплазмы: N (нормальная) и аберрантная S (стерильная) цитоплазма. Эти типы имеют взаимные различия.

Цитоплазматически-генетическое мужское бесплодие

Хотя CMS контролируется внеядерным геномом, ядерные гены могут иметь способность восстанавливать фертильность. Когда ядерное восстановление генов фертильности («Rf») доступно для системы CMS в любой культуре, это цитоплазматически-генетическая мужская стерильность; бесплодие проявляется под влиянием как ядерных (с менделевской наследственностью), так и цитоплазматических (наследуемых по материнской линии) генов. Также существуют восстановители плодородия (Rf) гены, отличные от генов генетической мужской стерильности. В Rf гены не имеют собственной экспрессии, если не присутствует стерильная цитоплазма. Rf гены необходимы для восстановления фертильности в цитоплазме S, вызывающей бесплодие. Таким образом, растения с N-цитоплазмой являются фертильными, а S-цитоплазма с генотипом Rf- приводит к оплодотворению, в то время как цитоплазма S с RFRF производит только мужскую стерильность. Еще одна особенность этих систем заключается в том, что Rf мутации (т.е., мутации в рф или без восстановления фертильности), так что цитоплазма N с RFRF лучше всего подходит для стабильной фертильности.

Системы цитоплазматико-генетической мужской стерильности широко используются в культурных растениях для гибридной селекции из-за удобства контроля экспрессии стерильности путем манипулирования комбинациями ген-цитоплазма в любых выбранных генотип. Включение этих систем для обеспечения мужской стерильности позволяет избежать необходимости выхолащивания у перекрестно опыляемых видов, тем самым поощряя скрещивание с получением только гибридных семян в естественных условиях.

В гибридной селекции

Для гибридного производства требуется растение, от которого не внедряются жизнеспособные мужские гаметы. Это избирательное исключение жизнеспособных мужских гамет может осуществляться разными путями. Один путь, выхолащивание Это делается для того, чтобы растение не производило пыльцу, чтобы оно могло служить только женским родителем. Еще один простой способ создать женскую линию для производства гибридных семян - это выявить или создать линию, неспособную производить жизнеспособную пыльцу. Поскольку линия с мужской стерильностью не может самоопыляться, формирование семян зависит от пыльцы другой мужской линии. Цитоплазматическая мужская стерильность также используется при производстве гибридных семян. В этом случае мужское бесплодие передается от матери, и все потомство будет мужским. Эти линии CMS должны поддерживаться повторным скрещиванием с сестринской линией (известной как поддерживающая линия), которая генетически идентична, за исключением того, что она обладает нормальной цитоплазмой и, следовательно, является мужской фертильной. В цитоплазматически-генетической стерильности мужского пола восстановление фертильности осуществляется с помощью восстановительных линий, несущих ядерные гены. Линия с мужской стерильностью поддерживается путем скрещивания с поддерживающей линией, несущей тот же ядерный геном, но с нормальной фертильной цитоплазмой.

Для таких культур, как лук или морковь, когда товар собран с Поколение F1 вегетативный рост, мужское бесплодие не проблема.


В гибридной селекции кукурузы

Цитоплазматическая мужская стерильность - важная составляющая гибрида. кукуруза производство. Первый коммерческий цитоплазматический стерильный мужской организм, обнаруженный в Техасе, известен как CMS-T. Использование CMS-T, начиная с 1950-х годов, устранило необходимость в удаление метелок. В начале 1970-х годов растения, содержащие генетику CMS-T, были восприимчивы к южный фитофтороз и пострадали от повсеместной потери урожая. С тех пор вместо них использовались CMS типов C и S.[3] К сожалению, эти линии склонны к восстановлению плодородия, вызванному окружающей средой, и за ними следует тщательно следить в полевых условиях. Экологически индуцированное, в отличие от генетического, восстановление происходит, когда определенные экологические стимулы дают растению сигнал обойти ограничения стерильности и в любом случае производить пыльцу.

Секвенирование митохондриальных геномов сельскохозяйственных культур облегчило идентификацию многообещающих кандидатов для CMS-связанных митохондриальных перестроек.[4] Систематическое секвенирование новых видов растений в последние годы также выявило существование нескольких новых ядерных генов восстановления фертильности (RF) и кодируемых ими белков. Единая номенклатура для РФ определяет семейства белков для всех видов растений и облегчает сравнительную функциональную геномику. Эта номенклатура включает функциональные гены RF и псевдогены, и предлагает гибкость, необходимую для включения дополнительных RF по мере их появления в будущем.[5]

Рекомендации

  1. ^ Гомес-Кампо C (1999). Биология видов Brassica Coenospecies. Эльзевир. стр.186 –189. ISBN  978-0-444-50278-0.
  2. ^ Schnable P, Wise RP (май 1998 г.). «Молекулярные основы восстановления цитоплазматической мужской стерильности и фертильности». Тенденции в растениеводстве. 3 (5): 175–180. Дои:10.1016 / S1360-1385 (98) 01235-7.
  3. ^ Вейдер С., Штамп П, Христов Н., Хюскен А., Фуэйлассар Х, Лагерь К, Мюнш М. (2009). «Стабильность цитоплазматической мужской стерильности кукурузы в различных условиях окружающей среды». Растениеводство. 49 (1): 77. Дои:10.2135 / сельскохозяйственных культурci2007.12.0694.
  4. ^ Тутя Р., Саксена Р.К., Давила Дж., Шах Т., Чен В., Сяо Ю.Л., Фан Джи, Саксена К.Б., Алверсон А.Дж., Спиллейн С., Город С., Варшней РК (октябрь 2013 г.). «Химерные открытые рамки считывания, связанные с мужской стерильностью в цитоплазме, идентифицированные путем секвенирования митохондриального генома четырех генотипов Cajanus». ДНК исследования. 20 (5): 485–95. Дои:10.1093 / dnares / dst025. ЧВК  3789559. PMID  23792890.
  5. ^ Kotchoni SO, Jimenez-Lopez JC, Gachomo EW, Seufferheld MJ (декабрь 2010 г.). «Новая унифицированная номенклатура белков, восстанавливающих мужскую фертильность (RF) у высших растений». PLOS One. 5 (12): e15906. Дои:10.1371 / journal.pone.0015906. ЧВК  3011004. PMID  21203394.

внешняя ссылка