邵貴芳 張凡 王姣 趙凱 莫云容 鄧明華

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院，昆明 650201）

辣椒雄性不育的研究進(jìn)展

邵貴芳 張凡 王姣 趙凱 莫云容 鄧明華

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院，昆明 650201）

雄性不育作為植物界中普遍存在的特殊生理現(xiàn)象，在基礎(chǔ)應(yīng)用和實(shí)踐生產(chǎn)上具有較高的研究?jī)r(jià)值。綜述了辣椒的細(xì)胞核雄性不育、核質(zhì)互作雄性不育兩種類型及花粉的不同敗育方式，小孢子發(fā)生敗育的不同時(shí)期，比較不育系和保持系花粉發(fā)育過(guò)程的一些生理生化現(xiàn)象，主要涉及物質(zhì)代謝和能量代謝。從線粒體代謝，線粒體的結(jié)構(gòu)和數(shù)量，線粒體的分子基礎(chǔ)三個(gè)方面介紹了雄性不育和線粒體間的關(guān)系，利用分子技術(shù)進(jìn)行不育基因的標(biāo)記和蛋白質(zhì)組學(xué)的相關(guān)研究，以期為辣椒育種研究者提供參考。

辣椒；雄性不育；基因標(biāo)記；蛋白質(zhì)組學(xué)；線粒體代謝

雄性不育是高等植物中普遍存在的一種自然現(xiàn)象。目前已在43科162屬320個(gè)種和297個(gè)種間雜交種中發(fā)現(xiàn)了雄性不育現(xiàn)象，且該數(shù)據(jù)還在不斷增加［1］。雄性不育現(xiàn)象目前已將被廣泛應(yīng)用于育種工作，既可免除人工去雄，節(jié)約人力，降低種子成本，又在一定程度上提高了種子的純度。因此，近年來(lái)，關(guān)于辣椒雄性不育形成機(jī)理的研究，成為了當(dāng)今辣椒育種研究的熱點(diǎn)。

1 辣椒雄性不育的類型

雄性不育是指植物中雌蕊發(fā)育正常而雄性器官發(fā)生退化、發(fā)育不良或產(chǎn)生的花粉不能使其正?？捎默F(xiàn)象［2］。其類型主要包括細(xì)胞核雄性不育（GMS）和核質(zhì)互作雄性不育（CMS）。由于CMS這種類型的不育性既能篩選到保持系，又能找到恢復(fù)系，可以實(shí)現(xiàn)“三系配套”［3，4］，因此在辣椒育種上，可以通過(guò)三系配套高效的進(jìn)行人工制種，所以關(guān)于胞質(zhì)雄性不育的形成機(jī)理，成為了廣大研究者研究的熱門。

在近年來(lái)的研究中，根據(jù)花粉敗育的不同方式和時(shí)期，可將細(xì)胞質(zhì)雄性不育進(jìn)行不同的劃分。對(duì)于敗育方式，一般有以下幾種情況：（1）雄蕊的變形或退化；（2）花藥出現(xiàn)異常；（3）小孢子退化；（4）花粉功能缺陷；（5）受精部位異常。但不管哪種情況，在形態(tài)學(xué)上觀察的雄性器官，均為花器小，花絲短，花藥瘦。根據(jù)花粉的敗育時(shí)期，將細(xì)胞質(zhì)雄性不育（CMS）分為孢子體雄性不育和配子體雄性不育，兩者都是在花粉發(fā)育的過(guò)程出現(xiàn)了異常。許多研究表明，絨氈層的功能紊亂造成了孢子體的雄性不育。而雄配子的雄性不育主要是母系的線粒體基因組通過(guò)控制雄配子引起的。兩者均根據(jù)自己的基因型進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育。在自然界中，水稻同時(shí)存在孢子體CMS和配子體CMS兩種通路，這在一定程度上，說(shuō)明了雄性不育機(jī)制的復(fù)雜性［5］。

2 雄性不育的細(xì)胞生物學(xué)研究

植物的花粉發(fā)育是一個(gè)受時(shí)間和空間嚴(yán)格控制的多基因表達(dá)的生長(zhǎng)過(guò)程，也是植物生殖生長(zhǎng)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在小孢子發(fā)生期間，對(duì)內(nèi)外環(huán)境比較敏感，由于能量不足，導(dǎo)致雄性不育的發(fā)生。一些學(xué)者認(rèn)為小孢子的敗育時(shí)期發(fā)生在減數(shù)分裂四分體形成之前，絨氈層細(xì)胞高度液泡化，徑向膨大，擠壓小孢子母細(xì)胞，造成減數(shù)分裂不能正常進(jìn)行，沒(méi)有形成花粉粒而敗育［6-10］。也有一些學(xué)者認(rèn)為，小孢子的敗育發(fā)生在發(fā)育后期，小孢子可以進(jìn)行正常的減數(shù)分裂，也可形成正常的四分小孢子［11-14］。而李瑩瑩等［15］則在細(xì)胞學(xué)觀察中均發(fā)現(xiàn)以上兩種情況。他們認(rèn)為小孢子的敗育有可能發(fā)生在任何階段，只是會(huì)由于實(shí)驗(yàn)材料的不同，而導(dǎo)致小孢子的敗育方式和時(shí)期也不相同。王蘭蘭等［16］利用石蠟切片法對(duì)辣椒雄性不育和保持系8B小孢子的不同發(fā)育時(shí)期進(jìn)行細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察，發(fā)現(xiàn)不育系8A小孢子發(fā)生在四分體時(shí)期，花冠與花萼齊平，絨氈層細(xì)胞徑向異常膨大并高度液泡化，擠壓形成不規(guī)則四分體，有的小孢子四分體還出現(xiàn)粘連現(xiàn)象，不能產(chǎn)生正常小孢子，從而引起敗育。但無(wú)論哪種，都是由于絨氈層發(fā)育和行為的異常。魏兵強(qiáng)等［17］通過(guò)比較以上的不同看法，得出小孢子敗育發(fā)生在四分體時(shí)期前后的觀點(diǎn)。

3 雄性不育的生理生化

植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程涉及各種物質(zhì)、能量間的相互代謝。雄性不育，作為自然界中普遍的一種變異現(xiàn)象，其生長(zhǎng)自然也離不開物質(zhì)和能量的合成、積累等代謝過(guò)程。在辣椒生長(zhǎng)過(guò)程中，若各物質(zhì)間代謝，酶的穩(wěn)定活性水平或能量的供應(yīng)等方面被破壞，都有可能導(dǎo)致花粉的不正常萌發(fā)，從而引起雄性不育。

3.1 雄性不育與物質(zhì)代謝

辣椒生長(zhǎng)過(guò)程的所必需的一些物質(zhì)，像核酸、氨基酸、蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)，不僅可以維持辣椒生長(zhǎng)過(guò)程中的形態(tài)構(gòu)建，也可以通過(guò)物質(zhì)代謝產(chǎn)生能量支撐植物的正常發(fā)育。對(duì)于不育系和保持系辣椒中，各物質(zhì)含量的表達(dá)均存在差異。辣椒的不育系和保持系間的一些相關(guān)酶及其活性的表達(dá)，特別是SOD、POD、CAT的研究，并沒(méi)有得到非常一致的結(jié)果。孫立全等［18］的研究結(jié)果表明，不育系POD的活性均顯著高于可育株；劉莉等［19］也在水稻的不育系天豐A和保持系天豐B植株中發(fā)現(xiàn)了同種現(xiàn)象。但張子學(xué)和侯喜林對(duì)辣椒三系的研究結(jié)果卻表明雄性不育系的POD的酶活性顯著低于保持系，張子學(xué)和李瑩瑩等［20，21］也得出類似結(jié)果。

3.2 雄性不育與能量代謝

能量是植物生長(zhǎng)過(guò)程的必要條件，只有足夠的能量支撐植物才能進(jìn)行正常的生長(zhǎng)發(fā)育。植物的呼吸速率不僅可以表明植物代謝活動(dòng)的強(qiáng)弱，也可以顯示植物生長(zhǎng)過(guò)程的能量代謝強(qiáng)度。一些研究表明，花藥發(fā)育過(guò)程中，不育系的呼吸速率明顯低于保持系［22，23］。在辣椒不育系和保持系中，一些能量相關(guān)調(diào)控酶ACO、COD、GAPDH和MDH的活性也不盡相同。呂俊恒等［24］選取辣椒雄性不育系9704A與其保持系9704B，通過(guò)對(duì)花蕾發(fā)育不同階段中的GAPDH基因的克隆與表達(dá)分析，證明辣椒CaG6PDH基因的表達(dá)量在花蕾發(fā)育不同階段中，雄性不育系均高于保持系。鄧明華等［25］通過(guò)對(duì)不育系9704A與其保持系9704B盛花期不同時(shí)期的花蕾中MDH基因的研究得出，MDH在花粉發(fā)育的第二階段，不育系基因表達(dá)量低于保持系，不育系中的花蕾抑制MDH基因的表達(dá)，從而造成能量不足。

4 雄性不育與線粒體

線粒體是植物細(xì)胞質(zhì)中不可缺少的細(xì)胞器。其主要作用是通過(guò)三羧酸循環(huán)、糖酵解及氧化磷酸化途徑創(chuàng)建電子傳遞梯度，從而產(chǎn)生ATP，為植物細(xì)胞的生長(zhǎng)分化及分裂奠定能量基礎(chǔ)。線粒體作為一種半自主的細(xì)胞器，其基因組具有高度的可變性，其大小會(huì)因植物種類的不同而有差異。線粒體基因組的構(gòu)型復(fù)雜多變，可編碼多種蛋白質(zhì)，調(diào)節(jié)細(xì)胞的膜電位，控制細(xì)胞的程序性死亡，這在一定程度上決定了線粒體的重要性。

4.1 雄性不育與線粒體代謝

自然界雌雄同體植物中，雄性不育被看做是線粒體編碼的不育因子和核基因組編碼的育性因子間的相互沖突，在自然選擇的條件下，逐漸形成了雄性不育系的雜種優(yōu)勢(shì)。Touzet［26］指出一些研究表明花粉的生產(chǎn)中斷是由于線粒體的呼吸作用能量缺乏而導(dǎo)致的。并就CMS的未知機(jī)制的相關(guān)研究提出排他性的假說(shuō)：花粉生產(chǎn)中斷被一種只存在花藥中且能改變細(xì)胞結(jié)構(gòu)的物質(zhì)所作用［27］。在其他一些作物上，如擬南芥、玉米等都會(huì)因?yàn)閺?fù)合體V亞基突變體的插入而對(duì)生殖器官造成影響［28，29］。但是，呼吸突變體的產(chǎn)生只是降低了ATP的含量［30］，并沒(méi)有徹底阻止花粉的生產(chǎn)，也就是說(shuō)，呼吸突變體并不能夠確定為雄性不育的引導(dǎo)因素。同此的ATP假說(shuō)，通過(guò)誘導(dǎo)構(gòu)造敲除ATP合酶2個(gè)亞基的突變體，感應(yīng)觀察到，ATP水平的降低并沒(méi)有影響花粉的正常發(fā)育［31］。所以，花粉形成過(guò)程中，關(guān)于其敗育的最大原因，極有可能是線粒體的某一重要功能被打破［26］。

4.2 雄性不育與線粒體結(jié)構(gòu)和數(shù)量

線粒體作為重要的功能細(xì)胞器，其結(jié)構(gòu)和數(shù)量的改變都有可能引起植物的雄性不育。不同生物不同組織中的線粒體數(shù)量差異是巨大的，一般來(lái)說(shuō)，細(xì)胞中的線粒體數(shù)量取決于細(xì)胞的代謝水平，代謝活動(dòng)越強(qiáng)，其線粒體數(shù)量越多。胡適宜等［32］發(fā)現(xiàn)，在小麥的小孢子發(fā)育期間，有出現(xiàn)一些近似杯形的線粒體，并且這些近似杯形的線粒體，常常在不育系行將敗育的小孢子中產(chǎn)生，且數(shù)量很多。王俐等通過(guò)研究高粱雄性不育系熱激前后線粒體的變化與育性的關(guān)系，得出高粱發(fā)生CMS 的主要原因是線粒體數(shù)量產(chǎn)生改變。當(dāng)線粒體達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，高粱不育系就轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎Ｏ喾?，低于這個(gè)數(shù)量，就保持穩(wěn)定的不育［33］。

4.3 雄性不育和線粒體的分子基礎(chǔ)作用

目前，大多數(shù)關(guān)于辣椒雄性不育形成機(jī)理的研究主要集中在線粒體基因上。在高等植物中，線粒體基因的未知序列和已知序列間的重組創(chuàng)造了新的開放閱讀框［34］。并且該開放閱讀框與CMS的發(fā)生有很大關(guān)系［35，36］。例如，Dewey等［37］研究發(fā)現(xiàn)的玉米CMS-T中的urf13，Kim等［38］研究的蘿卜Ψatp6-2及莖芥菜的orf220［39］等都是由于其他基因片段或者正常線粒體基因的缺失構(gòu)成的開放閱讀框引起的［40］。Kim等［41］通過(guò)選取辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系和可育系為材料，對(duì)其線粒體基因組進(jìn)行限制性長(zhǎng)度多態(tài)性分析發(fā)現(xiàn)，atp6在不育系和保持系同時(shí)存在2個(gè)拷貝數(shù)，且在不育系中atp6的第二個(gè)拷貝數(shù)在3′端發(fā)生部分片段缺失。隨后發(fā)現(xiàn)coxⅡ基因在3′側(cè)翼區(qū)域存在差異，于是，Kim開發(fā)了兩個(gè)可用于早期雄性不育辣椒細(xì)胞質(zhì)鑒定的SCAR標(biāo)記，且該標(biāo)記只在不育系中出現(xiàn)。2006年，Kim根據(jù)已知的atp6的基因序列，通過(guò)反向PCR擴(kuò)增，得到atp6兩個(gè)拷貝數(shù)的全長(zhǎng)序列，通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，第一個(gè)拷貝序列在不育系和保持系間基本相似，而第二個(gè)拷貝在5′端序列同源性較高［42，43］。在辣椒不育系中COXⅡ基因的3′末端發(fā)現(xiàn)的新型開放閱讀框orf456，是相關(guān)線粒體基因組中重組的結(jié)果［44］。在辣椒雄性可育和不育株系中的線粒體atp6基因，通過(guò)反向PCR進(jìn)行擴(kuò)增，檢測(cè)不育系中的該基因在3′編碼區(qū)域被截?cái)啵?3］。新的開放閱讀框可能來(lái)自線粒體NADH脫氫酶的基因，可能來(lái)自線粒體細(xì)胞色素氧化酶的基因，也可能是線粒體F0F1-ATP合酶的相關(guān)基因［45］。

5 不育基因的分子標(biāo)記

辣椒的雄性不育作為植物界中的一種普遍現(xiàn)象，其現(xiàn)象的發(fā)生多顯現(xiàn)在花粉和花藥的細(xì)胞學(xué)特征，而花粉的發(fā)育是由多個(gè)基因在時(shí)間和空間上嚴(yán)格控制表達(dá)調(diào)控的復(fù)雜過(guò)程。目前關(guān)于花藥基因的表達(dá)模式的分析或花藥不育基因的克隆研究知之甚少。分子標(biāo)記作為一種新的遺傳標(biāo)記，直接反映了DNA水平的遺傳多態(tài)性，目前被廣泛應(yīng)用于科研實(shí)驗(yàn)中［46］。雖然在生產(chǎn)應(yīng)用中，RAPD、RFLP、SSR、SNP等分子標(biāo)記技術(shù)存在著一定的限制，但這些技術(shù)在探索辣椒雄性不育的分子機(jī)制過(guò)程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

王述彬等［47］從辣椒不育系21A及其相應(yīng)的保持系21B的黃化苗中提取線粒體DNA，并通過(guò)RAPD技術(shù)，獲得與雄性不育相關(guān)的RAPD標(biāo)記CMSAG3-430。劉科偉等［48］利用AFLP技術(shù)，對(duì)辣椒不育系及其保持系的基因組進(jìn)行多態(tài)性比較，在不育材料中獲得2個(gè)特異片段340 bp和408 bp，并鑒定這兩個(gè)片段編碼的氨基酸序列與煙草基因組線粒體DNA序列同源性高達(dá)94%和96%。魏兵強(qiáng)等［49］則利用近等位系原理及RAPD技術(shù)，用200條RAPD引物對(duì)不育系和保持系基因組DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增，獲得與不育基因連鎖的RAPD標(biāo)記BH19-S900，并通過(guò)設(shè)計(jì)合成雙引物將該標(biāo)記轉(zhuǎn)化為SCAR標(biāo)記SS730。袁穩(wěn)［50］利用SRAP技術(shù)，分析不育系和保持系DNA差異，從64對(duì)引物擴(kuò)增中觀察到4個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，通過(guò)對(duì)不育材料中的差異片段進(jìn)行回收克隆，得出2個(gè)SCAR標(biāo)記Me7Em4-280和Me2Em7-230，并測(cè)出序列全長(zhǎng)為283 bp和236 bp，與辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育基因緊密連鎖。顏秀娟等［51］則利用ISSR技術(shù)，在寧夏羊角椒不育系和可育系中，找到了與不育基因連鎖的ISSR標(biāo)記的4個(gè)差異片段，ISSR-10850，ISSR-13850，ISSR-14800，ISSR-15180，并推測(cè)這4個(gè)差異片段與寧夏羊角椒雄性不育系的花粉敗育有很大的關(guān)系。Kim等［43］也利用SCAR技術(shù)在辣椒雄性不育系開發(fā)到2個(gè)與辣椒雄性不育相關(guān)的基因點(diǎn)COX II和atp6。

郭爽等［52］利用RACE技術(shù)從辣椒花藥中獲得一個(gè)控制辣椒花器官發(fā)育的MADS-box基因，命名為PPI；馬寧等［53］通過(guò)對(duì)MADS-box家族基因中的PAP3基因進(jìn)行克隆分析，利用系統(tǒng)進(jìn)化樹，得出該基因與辣椒花器官的發(fā)育相關(guān)；PAP3和PPI同屬于辣椒花器官發(fā)育的B類基因，共同控制辣椒花器官和雄蕊的發(fā)育。馬寧等［54］利用酵母雙雜交系統(tǒng)和體外GST-pull down技術(shù)，對(duì)該兩種蛋白的相互作用進(jìn)行鑒定，結(jié)果表明，PAP3和PPI兩蛋白之間存在特異性的相互作用。

6 雄性不育的蛋白質(zhì)組學(xué)的研究

目前，研究學(xué)者對(duì)于雄性不育的研究，往往傾向于相對(duì)比較成熟的分子技術(shù)，如分子雜交，DNA分離，分子克隆及序列分析等，而關(guān)于蛋白質(zhì)組學(xué)的研究相對(duì)較少。但相關(guān)于雄性不育的分子機(jī)制，僅靠生理生化，轉(zhuǎn)錄水平的研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)的相關(guān)技術(shù)對(duì)與不育相關(guān)的基因片段進(jìn)行進(jìn)一步的功能驗(yàn)證。從而為辣椒雄性不育的形成機(jī)理奠定一定的基礎(chǔ)。

植物雄性不育的蛋白質(zhì)組學(xué)的研究目前主要集中在線粒體蛋白，葉綠體蛋白組和花藥蛋白組［55］。Zhang等［56］選取辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系FS1030A及保持系FS1030B，在小孢子母細(xì)胞的敗育階段，通過(guò)TEM觀察兩者的花藥蛋白組，2D-DIGE和LC-MS技術(shù)分析鑒定差異表達(dá)蛋白，在兩株系間表達(dá)差異顯著的蛋白中有92.3%可通過(guò)NCBI成功鑒定，該些蛋白涉及糖酵解過(guò)程的上下調(diào)酶，導(dǎo)致ATP的減少或阻止正常的PCD，從而導(dǎo)致雄性不育的發(fā)生。呂曉菡等［57］以辣椒胞質(zhì)不育系和保持系花蕾發(fā)育的6個(gè)不同時(shí)期為材料，通過(guò)石蠟切片于顯微鏡下觀察其發(fā)育差異，并通過(guò)SDS-PAGE技術(shù)，LC-MS質(zhì)譜技術(shù)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析對(duì)差異蛋白條帶進(jìn)行鑒定發(fā)現(xiàn)，花粉敗育發(fā)生在四分體形成以后，與絨氈層過(guò)度液泡化及四分體周圍的胼胝質(zhì)不能解體有關(guān)。并通過(guò)比較不育系和保持系中的花藥蛋白條帶，發(fā)現(xiàn)不育系中四條差異蛋白條帶表達(dá)量下調(diào)，通過(guò)各種數(shù)據(jù)庫(kù)搜索表明，四分體形成之后，不育系中的花藥的物質(zhì)和能量代謝出現(xiàn)異常，絨氈層異常膨大，四分體不能獲得物質(zhì)和能量從而敗育。該實(shí)驗(yàn)也充分說(shuō)明了根據(jù)蛋白質(zhì)組學(xué)分析的鑒定結(jié)果可初步解釋辣椒胞質(zhì)不育系和保持系在細(xì)胞學(xué)上的差異表現(xiàn)。這在一定程度上肯定了蛋白質(zhì)組學(xué)分析技術(shù)在生物研究實(shí)驗(yàn)中的價(jià)值。

7 展望

辣椒雄蕊的發(fā)育是多基因共同參與調(diào)控的復(fù)雜生物學(xué)過(guò)程，同時(shí)受內(nèi)外部環(huán)境條件的影響。其雄性不育的利用在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2013年，研究者們通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)的范疇進(jìn)行研究、測(cè)序發(fā)現(xiàn)，辣椒轉(zhuǎn)錄組學(xué)的差異表達(dá)基因主要參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄修飾等過(guò)程［58］。在不同的作物中，其雄性不育的作用機(jī)制存在一定的差異。目前。在CMS的通路研究中，PCD和ROS的作用在向日葵，辣椒及HL型水稻中都有一定的顯現(xiàn)，甚至在HL型水稻中出現(xiàn)茉莉酸的合成途徑受到損害［59-62］。線粒體基因組和核基因組的相互沖突，影響了轉(zhuǎn)錄水平，轉(zhuǎn)錄后水平基因的調(diào)控，造成了雄性不育的發(fā)生。在今后的研究中，可借助高通量測(cè)序技術(shù)，綜合各種組學(xué)研究，從全基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白學(xué)、代謝組等多個(gè)水平對(duì)辣椒雄性不育作用的分子機(jī)制進(jìn)行更深一步的研究。

［1］ 吳峰, 劉玉梅, 孫德嶺, 等. 辣椒胞質(zhì)雄性不育系與保持系生化特性研究［J］. 天津農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 14（2）：50-52.

［2］ 石雅麗, 張銳, 任茂智, 等. 棉花雄性不育的研究進(jìn)展［J］. 生物技術(shù)進(jìn)展, 2013, （5）：328-335.

［3］ 楊世周, 趙雪云. 辣椒8021A雄性不育系的選育及三系配套［J］.中國(guó)蔬菜, 1984, 1（3）：4-0.

［4］ 鄒學(xué)校, 周群初, 戴雄澤, 等. 辣椒雄性不育系9704A的選育［J］. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2000（5）：39-40.

［5］ Hu J, Huang W, Huang Q, et al. Mitochondria and cytoplasmic male sterility in plants［J］. Mitochondrion, 2014, 19 Pt B：282-288.

［6］ 吳鶴鳴, 佘建明, 周邗揚(yáng), 等. 羊角椒雄性不育系及保持系的細(xì)胞學(xué)觀察［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 1988（2）：35-38.

［7］ 耿三省, 王志源, 蔣健箴, 等. 辣椒雄性不育系小孢子發(fā)生的細(xì)胞學(xué)觀察［J］. 園藝學(xué)報(bào), 1994（2）：165-169.

［8］ 逯紅棟, 鞏振輝, 王曉敏, 等. 辣椒雄性不育材料小孢子發(fā)生的細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察［J］. 西北植物學(xué)報(bào), 2006, 26（9）：1842-1845.

［9］ 彭婧, 鞏振輝, 黃煒, 等. 辣椒雄性不育材料H9A小孢子敗育機(jī)理［J］. 植物學(xué)報(bào), 2010, 45（1）：44-51.

［10］ 張玲玲, 張曉芬, 陳斌, 等. 辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系FS1030A小孢子發(fā)生的細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察［J］. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2012, 27（5）：122-126.

［11］ Hirose T, Fujime Y. Studies on hybrid seed production using a new male sterility line in C. annuum［J］. Jap Soc Hort Sci, 1981, 50（1）：66-70.

［12］石太淵, 印東生. 辣椒雄性不育系小孢子發(fā)生的細(xì)胞形態(tài)學(xué)及減數(shù)分裂觀察［J］. 遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué), 1999（6）：7-10.

［13］王述彬, 羅向東, 戴亮芳, 等. 辣（甜）椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系減數(shù)分裂和雄配子發(fā)生過(guò)程［J］. 園藝學(xué)報(bào), 2004, 31（6）：807-810.

［14］王述彬, 羅向東, 戴亮芳, 等. 甜椒胞質(zhì)雄性不育雄配子發(fā)育的解剖學(xué)和超微結(jié)構(gòu)研究［J］. 植物科學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 22（6）：557-560.

［15］李瑩瑩, 魏佑營(yíng), 張瑞華, 等. 辣椒雄性不育系與可育系小孢子發(fā)生的細(xì)胞學(xué)觀察［J］. 植物研究, 2006, 26（4）：411-415.

［16］王蘭蘭, 王曉林, 魏兵強(qiáng), 等. 辣椒雄性不育系及保持系小孢子發(fā)育的細(xì)胞學(xué)比較［J］. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24（1）：115-118.

［17］魏兵強(qiáng), 張淼, 王蘭蘭, 等. 辣椒胞質(zhì)雄性不育及其育性恢復(fù)研究進(jìn)展［J］. 生物技術(shù)通報(bào), 2016, 32（4）：1-5.

［18］孫立全, 霍治軍, 常彩濤, 等. 辣椒雄性不育系小孢子發(fā)育及脯氨酸等含量的研究［J］. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2003, 18（4）：39-41.

［19］劉莉, 蔣苑, 馬靜, 等. 水稻細(xì)胞質(zhì)雄性不育花藥和葉片中的活性氧代謝研究［J］. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2016（12）：6-12.

［20］ 張子學(xué), 侯喜林. 辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育與活性氧代謝的關(guān)系［J］. 西北植物學(xué)報(bào), 2005, 25（4）：799-802.

［21］ 李瑩瑩, 魏佑營(yíng), 張瑞華, 等. 辣椒雄性不育“三系”花蕾中3種同工酶活性的動(dòng)態(tài)變化［J］. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2005, 21（4）：226-229.

［22］王永勤, 曹家樹, 虞慧芳, 等. 白菜核雄性不育兩用系生理生化特性的分析［J］. 園藝學(xué)報(bào), 2003, 30（2）：212-214.

［23］Villarreal F, Martín V, Colaneri A, et al. Ectopic expression of mitochondrial gamma carbonic anhydrase 2 causes male sterility by anther indehiscence［J］. Plant Molecular Biology, 2009, 70（4）：471-85.

［24］呂俊恒, 文錦芬, 莫云容, 等. 辣椒雄性不育系葡萄糖-6-磷酸脫氫酶基因的克隆及表達(dá)分析［J］. 西北植物學(xué)報(bào), 2015, 35（4）：682-687.

［25］鄧明華, 文錦芬, 趙凱, 等. 辣椒蘋果酸脫氫酶基因的表達(dá)及其與雄性不育的關(guān)系［J］. 園藝學(xué)報(bào), 2014, 41（S）：2703.

［26］Touzet P, Meyer EH. Cytoplasmic male sterility and mitochondrial metabolism in plants［J］. Mitochondrion, 2014, 19 Pt B：166-171.

［27］Flavell R. A model for the mechanism of cytoplasmic male sterility in plants, with special reference to maize［J］. Plant Science Letters, 1974, 3（4）：259-263.

［28］Geisler DA, Papke C, Obata T, et al. Downregulation of the delta-subunit reducesmitochondrial ATP synthase levels, alters respiration, and restricts growthand gametophyte development in Arabidopsis［J］Plant Cell, 2012, 24（7）：2792-81.

［29］Wen L, Ruesch KL, Ortega VM, et al. A nuclear restorer-of-fertility mutation disrupts accumulation of mitochondrial ATP synthase subunit α in developing pollen of S male-sterile maize［J］. Genetics, 2003, 165（2）：771-779.

［30］Meyer EH, Tomaz T, Carroll AJ, et al. Remodeled respiration in ndufs4 with low phosphorylation efficiency suppresses Arabidopsis germination and growth and alters control of metabolism at night［J］. Plant Physiology, 2009, 151（2）：603-619.

［31］Robison MM, Ling X, Smid MP, et al. Antisense expression of mitochondrial ATP synthase subunits OSCP（ATP5）and（ATP3）alters leaf morphology, metabolism and gene expression in Arabidopsis［J］. Plant & Cell Physiology, 2009, 50（10）：1840-1850.

［32］胡適宜, 王摸善, 徐麗云. 小麥雄性不育系與保持系的小孢子發(fā)育的電子顯微鏡研究［J］. 植物學(xué)報(bào), 1977, 19（3）：167-171.

［33］ 王俐, 祁新紅, 劉根齊, 等. 高梁雄性不育系熱激前后線粒體的變化與育性的關(guān)系［J］. 遺傳學(xué)報(bào), 2000, 27（9）：834-838.

［34］Horn R. Recombination：Cytoplasmic male sterility and fertility restoration in higher plants［M］// Progress in Botany. Springer Berlin Heidelberg, 2006（67）：31-52.

［35］Hanson MR, Bentolila S. Interactions of mitochondrial and nuclear genes that affect male gametophyte development［J］. Plant Cell, 2004, 16（Suppl）：154-169.

［36］Chase CD. Cytoplasmic male sterility：a window to the world of plant mitochondrial-nuclear interactions［J］. Trends in Genetics Tig, 2007, 23（2）：81-90.

［37］Dewey RE, Timothy DH, Levings CS. A mitochondrial protein associated with cytoplasmic male sterility in the T cytoplasm of maize［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1987, 84（15）：5374-5378.

［38］Kim S, Lim H, Park S, et al. Identification of a novel mitochondrial genome type and development of molecular markers for cytoplasm classification in radish（Raphanus sativus L.）［J］. Theoretical and Applied Genetics, 2007, 115（8）：1137-1145.

［39］Yang JH, Liu XY, Yang XD, et al. Mitochondrially-targeted expression of a cytoplasmic male sterility-associated orf220 gene causes male sterility in Brassica juncea［J］. BMC Plant Biology, 2010, 10（1）：231.

［40］Ji JJ, Huang W, Li DW, et al. A CMS-related gene, ψatp6-2, causes iMncreased ATP hydrolysis activity of the mitochondrial F1 F o-ATP synthase and induces male sterility in pepper（Capsicum annuum L.）［J］. Plant Molecular Biology Reporter, 2014, 32（4）：888-899.

［41］ Kim DH, Kang JG, Kim S, et al. Identification of coxⅡand atp6 region as associated to CMS in Capsicum annuum by using RFLP and long and accurate PCR［J］. J Kor Soc Hort SCI, 2001, 42：121-127.

［42］ Kim DH, Kim BD. Development of SCAR markers for early identification of cytoplasmic male sterility genotype in chili pepper（Capsicum annuum L.）［J］. Mol Cells, 2005, 20（3）：416-422.

［43］Kim DH, Kim BD. The organization of mitochondrial atp6 gene region in male fertile and CMS lines of pepper（Capsicum annuum L.）［J］. Curr Genet, 2006, 49（1）：59-67.

［44］Kim DH, Kang JG, Kim BD. Isolation and characterization of the cytoplasmic male sterility-associated orf456 gene of chili pepper（Capsicum annuum L.）. ［J］. Plant Molecular Biology, 2007, 63（4）：519-532.

［45］Horn R, Gupta K J, Colombo N. Mitochondrion role in molecular basis of cytoplasmic male sterility. ［J］. Mitochondrion, 2014, 19（3）：198.

［46］Hayward AC, Tollenaere R, Daltonmorgan J, et al. Molecular marker applications in plants. ［J］. Methods in Molecular Biology, 2015, 1245：13-27.

［47］王述彬, 羅向東, 戴亮芳, 等. 辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系與其保持系線粒體DNA的RAPD分析［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2008, 24（1）：44-47.

［48］劉科偉, 王述彬, 劉金兵, 等. 辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育基因的AFLP分析［J］. 分子植物育種, 2009, 7（4）：736-742.

［49］魏兵強(qiáng), 王蘭蘭, 陳靈芝. 辣椒胞質(zhì)雄性不育基因的分子標(biāo)記［J］. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2010, 19（10）：166-168.

［50］袁穩(wěn). 辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育相關(guān)基因的克隆及表達(dá)研究［D］.南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012.

［51］顏秀娟, 何鑫, 王學(xué)梅, 等. 寧夏羊角椒雄性不育基因ISSR的分子標(biāo)記［J］. 北方園藝, 2015（17）：82-84.

［52］郭爽, 馬寧, 楊文才, 等. 辣椒花器官發(fā)育MADS-box基因的克隆與表達(dá)分析［J］. 園藝學(xué)報(bào), 2010, 37（10）：1591-1597.

［53］馬寧, 鮑順淑, 連青龍, 等. 辣椒花器官發(fā)育相關(guān)PAP3基因的克隆與生物信息學(xué)分析簡(jiǎn)［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 44（7）：52-54.

［54］馬寧, 劉辰, 王茹芳, 等. 辣椒PAP3和PPI蛋白相互作用的鑒定［J］. 園藝學(xué)報(bào), 2016, 43（3）：564-570.

［55］林文娟, 彭少丹, 艾麗君, 等. 植物雄性不育的蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展［J］. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2013（33）：277-280.

［56］Zhang XF, Chen B, Zhang LY, et al. Identification of proteins associated with cytoplasmic male sterility in pepper（Capsicum annuum L.）［J］. South African Journal of Botany, 2015, 100：1-6.

［57］呂曉菡, 方獻(xiàn)平, 柴偉國(guó), 等. 辣椒胞質(zhì)不育系與保持系花藥的細(xì)胞學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)差異分析［J］. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版, 2015, 41（1）：44-55.

［58］Liu C, Ning M, Wang PY, et al. Transcriptome sequencing and de novo analysis of a cytoplasmic male sterile line and its near-isogenic restorer line in chili pepper［J］. PLoS One, 2013, 8（6）：65209.

［59］Balk J, Leaver CJ. The PET1-CMS mitochondrial mutation in sunflower is associated with premature programmed cell death and cytochrome c release［J］. Plant Cell, 2001, 13（8）：1803.

［60］Ji JJ, Huang W, Yin CC, et al. Mitochondrial cytochrome c oxidase and F1Fo-ATPase dysfunction in peppers（Capsicum annuum L.）with cytoplasmic male sterility and its association with orf507 and Ψatp6-2 genes［J］. International Journal of Molecular Sciences, 2013, 14（1）：1050-1068.

［61］ Wan C, Li S, Wen L, et al. Damage of oxidative stress on mitochondria during microspores development in Honglian CMS line of rice［J］. Plant Cell Reports, 2007, 26（3）：373-382.

［62］ Liu G, Tian H, Huang Y Q, et al. Alterations of mitochondrial protein assembly and jasmonic acid biosynthesis pathway in Honglian（HL）-type cytoplasmic male sterility rice［J］. Journal of Biological Chemistry, 2012, 287（47）：40051-40060.

（責(zé)任編輯 李楠）

Research Progress on Male Sterility of Pepper

SHAO Gui-fang ZHANG Fan WANG Jiao ZHAO Kai MO Yun-rong DENG Ming-hua
（Collage of Landscape and Horticulture，Yunnan Agricultural University. Kunming 650201）

As a common and special physiological phenomenon in the plant kingdom，male sterility has high research values in basic application and practical production. In this paper，we review the pepper genic male sterility，cytoplasmic male sterility and the different abortion ways of pollen，as well as different periods of microspore abortion，and then compare some of the pollen development physiological and biochemical phenomena，mainly related to material metabolism and energy metabolism. Further，we introduce the relationship between male sterility and mitochondria from the aspects of mitochondrial metabolism，the structure and number of mitochondria，and the molecular basis of mitochondria，as well as the relevant studies on the markers and proteomics of male sterile genes using molecular technologies，so as to provide references for pepper breeding researches.

pepper；male sterility；gene marker；proteomics；mitochondrial metabolism

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-0207

2017-03-19

國(guó)家公益性行業(yè)科技體系（200903025），國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（nyeytx-35-gwzj），云南省蔬菜生產(chǎn)科研協(xié)作組，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2016ykc36）

邵貴芳，女，碩士研究生，研究方向：蔬菜遺傳育種，E-mail：834242734@qq.com；張凡為并列第一作者

鄧明華，男，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向：蔬菜生物學(xué)；E-mail：dengminghua2013@163.com