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新型分子标记技术赋能水稻雄性不育遗传标记的深度探索

一、引言

1.1研究背景与意义

水稻（OryzasativaL.）作为全球最重要的粮食作物之一，为超过半数的世界人口提供主食。在人口持续增长、耕地面积不断减少以及环境变化的严峻挑战下，提高水稻产量和品质对于保障全球粮食安全起着决定性作用。杂种优势利用是大幅提升水稻产量和改良品质的有效途径，在现代水稻育种中占据核心地位。杂种优势是指两个遗传组成不同的亲本杂交产生的F1代，在生长势、生活力、抗逆性、产量和品质等方面优于双亲的现象。通过合理利用杂种优势，能够显著提高水稻的产量和综合性能，满足不断增长的粮食需求。

在水稻杂种优势利用过程中，雄性不育系发挥着关键作用。雄性不育系是指雄性器官发育不正常，不能产生有功能的花粉，但雌性器官发育正常，能够接受外来花粉而受精结实的水稻品系。利用雄性不育系进行杂交制种，可免去人工去雄的繁琐操作，降低生产成本，提高杂交种子的纯度和生产效率，为杂种优势的大规模应用奠定基础。根据不育基因的位置和遗传机制，水稻雄性不育主要分为细胞质雄性不育（CytoplasmicMaleSterility，CMS）和细胞核雄性不育（GenicMaleSterility，GMS）。细胞质雄性不育由细胞质基因和细胞核基因相互作用控制，其不育性通常较为稳定，但恢复系的选育相对复杂，且易受到环境因素的影响。细胞核雄性不育则由细胞核内的基因单独控制，遗传机制相对简单，恢复源广泛，不受环境条件的制约，在水稻杂种优势利用中具有广阔的应用前景。挖掘和鉴定新的水稻细胞核雄性不育基因，深入解析其分子调控机制，对于丰富水稻雄性不育理论，推动水稻杂种优势利用的发展具有重要的理论和实践意义。

近年来，随着分子生物学技术的飞速发展，如新一代测序技术、基因编辑技术、转录组测序和蛋白质组学等，为水稻雄性不育基因的克隆和功能研究提供了强有力的工具。众多水稻雄性不育基因被成功克隆，其功能和调控机制也得到了深入解析。这些研究成果不仅加深了我们对水稻雄性生殖发育分子机制的认识，也为水稻杂交育种提供了丰富的基因资源和理论支持。然而，水稻雄性生殖发育是一个极其复杂的过程，涉及众多基因和信号通路的协同调控，仍有许多关键基因和调控机制有待进一步挖掘和阐明。

新型分子标记技术的出现，为水稻雄性不育遗传标记研究带来了新的契机。分子标记是以生物大分子，尤其是生物体的遗传物质——核酸为基础的遗传标记，它是DNA在分子水平上遗传变异的直接反映。与传统的形态标记、细胞学标记和生化标记相比，分子标记具有遗传性稳定、数量丰富、信息量大、不受发育阶段、环境因素及基因表达与否的影响，而且检测迅速、操作简便等优点，因此成为理想的遗传标记之一。新型分子标记技术如单核苷酸多态性（SingleNucleotidePolymorphism，SNP）标记、插入/缺失多态性（Insertion/Deletion，InDel）标记、简单重复序列间扩增（Inter-SimpleSequenceRepeat，ISSR）标记等，具有更高的多态性、准确性和分辨率，能够更精确地揭示水稻雄性不育基因的遗传变异和分子机制，为水稻雄性不育系的选育和杂种优势利用提供更有效的技术支持。

本研究旨在利用新型分子标记技术，对水稻雄性不育系进行遗传标记分析，挖掘与雄性不育相关的分子标记，揭示其遗传规律和分子机制，为水稻杂种优势利用和新品种选育提供理论依据和技术支撑。通过本研究，有望进一步丰富水稻雄性不育遗传理论，提高水稻杂交育种的效率和准确性，为保障全球粮食安全做出贡献。

1.2国内外研究现状

在水稻雄性不育遗传标记研究方面，国内外学者取得了丰硕的成果。自20世纪70年代以来，杂交水稻的推广和应用为全球粮食增产做出了巨大贡献，雄性不育作为杂种优势利用的基础，受到了广泛关注。

细胞质雄性不育方面，已报道的水稻雄性不育胞质有60多种，其中普通野生稻细胞质来源22种，非洲栽培种细胞质源1个，粕稻细胞质源3个，粳稻细胞质源38个，但仅少数不育胞质在生产上被利用，且遗传研究亦较深入。目前生产上常用的核质互作雄性不育系按其恢保关系分为野败型、BT型和滇型。野败型雄性不育系是目前籼型杂交稻所应用的最主要的不育系类型，其遗传研究表明，野败型二九南1号A的雄性不育受2对隐性基因控制，恢复系IR24具有两对显性恢复基因，且恢复基因具有明显的剂量效应或加性效应。BT型和滇型的主要恢复基因均被定位于第10染色体的长臂上，且BT型和滇型的恢复基因具有等位效应。

细胞核雄性不育方面，迄今已有70多个水稻细胞核雄性不育基因报导，包括显性核不育和隐性核不育，较为成功应用的是隐性光（温）敏核不育。水稻光（温）