体细胞融合技术及在水稻育种方面的应用

[摘　要] 本文综述了体细胞融合技术及在培育细胞质雄性不育、抗病育种及种质资源创新等水稻育种方面的研究进展，并进行了展望。

[关键词] 体细胞融合技术；水稻；育种

体细胞融合技术又称为为体细胞杂交（Somatic hybridization），打破了仅依赖有性杂交重组基因创造新种的界限，扩大了遗传物质的重组范围，有效克服了生殖隔离现象。水稻（Oryza sativa L.）是世界最重要的粮食作物之一，广大科研人员对其进行了大量的体细胞融合技术的研究。

一、体细胞融合技术研究概况

体细胞融合技术是细胞生物学与植物分子遗传学相结合发展起来的一项育种新技术。它是指两种不同植物的体细胞用酶分解法除去细胞壁，分离成的原生质体，再使两种原生质体融合成杂种细胞，然后利用细胞的全能性在培养基上重新增生细胞壁，并进行细胞的分裂、分化与生长发育，再经诱导形成杂种株，从中选优去劣，按育种目标要求培育出新品种，并创造出新物种。

体细胞融合可分为对称融合和不对称融合。对称融合是指融合时双方原生质体均带有核基因组和细胞质基因组的全部遗传信息，是植物体细胞杂交最初采用的融合方法。对称融合多形成对称杂种，但是在导入有利基因的同时，也带入了亲本的不利基因，需要多次回交才能除去进入杂种中的不利基因，导致育种效率降低。不对称融合则指一亲本的全部原生质与另一亲本的部分核物质或胞质物质重组，产生不对称杂种，不对称融合只有供体方少量染色体转入受体方细胞，由受体方细胞得到的杂种植株可能更接近试验所要求的性状，可以减少回交次数达到改良作物的目的，使育种周期大大缩短。

二、在水稻育种方面的应用

1.培育水稻胞质雄性不育

Junko kyzuka等用籼稻品种“Chinsurah Boro Ⅱ（CBⅡ）的细胞质雄性不育特性转移到粳稻品种Nipponbare中，用电融合的方法诱导碘乙酰胺失活的Nipponbare原生质体与经X一射线处理的CBII原生质体的融合[1]。在日本烟草产业（JT）公司使用非对称细胞融合技术开始培育水稻的雄性不育品种，部分达到试种阶段。该公司与比利时Plant Genetic System公司合作利用基因重组技术培育雄性不育水稻[2]。

三井东压化学综合研究所生命科学研究所小组负责人藤村达人等的研究组采用细胞融合技术开发出作为杂交（F1）水稻的母本品种的细胞质雄性不育水稻“生物母体一号”（biomother一号）。以往是通过反复杂交技术开发F1水稻的母本品种一一雄性不育品种。使用细胞融合技术开发F1水稻母本品种创造了世界首创，藤村等在日本育种学会上发表了该项研究成果[3]。

2.抗病育种

水疣粒野生稻（O.meyeriana（Zoll.etMor.exSteud.））对水稻白叶枯病具有高度的抗病性，为转移这种抗病性，华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室与中国水稻研究所等进行了栽培稻+疣粒野生稻不对称体细胞杂交。以软X射线处理过的疣粒野生稻原生质体作供体，来源于栽培稻品种02428的原生质体经碘乙酰胺（IOA）失活后作受体，采用PEG法诱导二者的原生质体融合，由于代谢功能互补，融合物经培养后得到623块愈伤组织，最终分化出72株再生植株。这些融合植株形态上与栽培稻接近，采用微卫星分子标记进行了杂种鉴定。细胞学分析表明，融合杂种根尖细胞染色体数目在27～38条之间变化。在成株期对融合植株进行了白叶枯病接种鉴定，结果显示疣粒野生稻对水稻白叶枯病的抗性成功地转移到栽培稻中[4]。

3.种质资源创新

为了创造新的水稻种质资源，国内外学者进行了水稻与其他种属间植物的体细胞杂交。如利用酶法分离出水稻悬浮细胞核油菜叶肉细胞的原生质体。纯化后，用PEG法融合，出现了水稻悬浮细胞与油菜有肉细胞的融合，并产生杂交细胞[5]。利用栽培稻与一些禾本科植物的体细胞杂交，如与稗草、大黍、大麦、菰茭白[6-8]等，相继获得属间杂交种。利用栽培稻与野生稻杂交，如药用野生稻、紧穗野生稻、短花药野生稻、斑点野生稻等，已经得到种间杂交种[9-11]。

4.展望

体细胞融合技术打破了种间杂交不亲和性，扩大物种杂交范围，提高物种变异频率，缩短育种周期，拓宽育种领域，提高育种水平。尤其是国内外不同性能的体细胞融合仪的研制成功，为该项技术的开发应用提供了更为先进的仪器设备，创造了更为有利的条件，因此可以预测并展望，在未来加速农作物育种与农业生产发展的进程中，体细胞杂交育种技术必将在水稻育种方面得到更加广泛而深入的应用。

参考文献

[1] Junko kyozuka，Takeo kaneda & Ko Shinmamcto.用细胞融合培育胞质雄性不育水稻[J].杂交水稻，1990（6）：45～47

[2] 孙国凤.利用非对称融合技术培育雄性不育水稻[J].生物技术通报，1991，（9）：22

[3] 孙国凤.用细胞融合开发Fl水稻的母本品种[J].生物技术通报，1995，（6）：16

[4] 朱永生，陈葆棠，余舜武，等.不对称体细胞杂交疣粒野生稻对水稻白叶枯病的抗性[J].科学通报，2004，49（14）：1395-1398

[5] 余沛涛，孙宇晖.林拥军等.水稻悬浮细胞和叶肉细胞融合的研究[J].江西农业大学学报，1993，15（1）：12～14

[6] Terada R，Kyozuka J，Nishibayashi S，et al.Plantlet regenerationfrom somatic hybrids of rice（Oryza sativa L.）and barnyard grass（Echinochloa oryzicola Vasing）[J].Mol Gen Genet，1987，210：39～43

[7] 辛化伟，孙敬三，颜秋生，等.水稻与大黍不对称体细胞杂交再生植株[J].植物学报，1997，39：717～724

[8] Kisaka H，Kisaka M，Kanno A，et al.Intergenic somatic hybridi-zation of rice（Oryza sativa L.）and barley（Hordeum vulgare L.）by protoplast fusion[J].Plant Cell Rep，1998，17：362～367

[9] Hayashi Y，Kyozuka J，Shimamoto K.Hybrids of rice（Oryza sa-tiva L.）and wild Oryza species obtained by cell fusion[J].Mol Gen Genet，1988，214：6～10

[10] Brar D S，Khush G S.Alien introgression in rice.Plant Mol Biol，1997，35：35～47

[11] Shishido R，Apisitwanich S，Ohmido N，et al.Detection of specific chromosome reduction in rice somatic hybrids with A，B andC genome by multi-color genomic in situ hybridization[J].Theor Appl Genet，1998，97：1013～1018