李 翔，李 濤，宮 超，黎振興，孫光聞

（1.華南農(nóng)業(yè)大學園藝學院，廣東 廣州 510642；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所/廣東省蔬菜新技術(shù)研究重點實驗室，廣東 廣州 510640）

番茄（Solanum lycopersicumL.）屬于茄科番茄屬，起源于南美洲。番茄產(chǎn)量居世界蔬菜作物首位，全世界番茄年總產(chǎn)量高達1.7 億t［1］。自20 世紀50 年代起，我國引進番茄品種并迅速開始大面積種植栽培，據(jù)不完全統(tǒng)計，2021 年我國番茄種植面積已達111.27 萬hm2、產(chǎn)量約6 609萬t［2］；目前我國不僅是番茄種植面積最大的國家，番茄生產(chǎn)量和出口量也居世界第一。

蔬菜作為雜種優(yōu)勢利用的重要作物，在制種生產(chǎn)過程中基本以人工去雄來實現(xiàn)良種繁育。植物雄性不育主要特征是雄蕊發(fā)育異常、無法產(chǎn)生有正常功能的花粉，而雌蕊發(fā)育正常，因此植物可通過外來正?；ǚ凼芫Y(jié)實。植物雄性不育在植物界中較為廣泛，目前已發(fā)現(xiàn)在18 科110 種植物中存在［3］。植物雄性不育一般分為細胞核雄性不育（Genic male sterility，GMS）和細胞質(zhì)雄性不育（Cytoplasmic male sterility，CMS）兩種類型，其中細胞質(zhì)雄性不育又稱質(zhì)核互作不育，廣泛存在于高等植物中。目前生產(chǎn)上大多數(shù)采取的是CMS 育種技術(shù)，在CMS 雜交育種中，細胞質(zhì)雄性不育系、保持系以及恢復系被稱為“三系”，恢復系是該技術(shù)的關(guān)鍵所在，其最大優(yōu)點是可以有效地保持雄性不育特性。段琉穎等［4］通過研究水稻CMS 育種技術(shù)以及育性恢復基因的發(fā)展趨勢，發(fā)現(xiàn)我國在生產(chǎn)中利用CMS 技術(shù)雜交水稻種植面積超過50%，水稻產(chǎn)量占世界水稻總產(chǎn)量的60%以上。目前，水稻、小麥［5］、玉米［6］等植物已建立一套完整的CMS 育種技術(shù)并大面積投入到生產(chǎn)中。

番茄屬于自花授粉植物，雜種優(yōu)勢明顯，且具有抗病性和抗逆性強等特點，采用雜種優(yōu)勢育種的產(chǎn)量比常規(guī)育種高出20%～30%。目前在生產(chǎn)中番茄育種大多依靠人工進行去雄和授粉，這樣不僅消耗大量人力、物力及財力，其制種產(chǎn)量也達不到預期。番茄雄性不育首次于1915 年被Crane［7］提及，自20 世紀30 年代以來一直是國內(nèi)外研究學者的重要研究主題之一。據(jù)報道，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大約有55 種番茄雄性不育突變體材料，如ms（male sterility）系列、ps（positional sterility）系列、sl（stamenless）系列等［8］。中國科學院遺傳與生物發(fā)育研究所利用CRISPR/Cas9 技術(shù)對番茄骨干自交系TBo993 的雄蕊特異性表達基因SISTR1進行定向敲除來創(chuàng)造不育系，以及通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將正常功能的SISTR1基因和控制花青素合成的SIANT1基因結(jié)合轉(zhuǎn)回到不育系中得到恢復育性的保持系［9］。為鑒定番茄細胞質(zhì)雄性不育方面的基因，Kuwabara 等［10］以3 個栽培番茄 系（S.lycopersicum‘Sekai-ichi’、‘O’ 和‘P’）為細胞核供體、馬鈴薯野生近緣種（Solanum acaule）為細胞質(zhì)供體，利用這兩種供體創(chuàng)造出2份不對稱細胞融合體，并通過回交比對分析揭示了番茄中的動態(tài)基因組重組與細胞質(zhì)雄性不育相關(guān)基因，此研究對番茄開發(fā)新F1代雜交育種提供了原理與方法。但是，目前尚未在番茄中找到恢復基因并進行克隆，使得CMS 雜交育種技術(shù)無法在番茄生產(chǎn)中實施。如果此項技術(shù)能運用在番茄生產(chǎn)中，則將大量節(jié)約人工成本，并提高種子純度及產(chǎn)量。綜上所述，番茄雄性不育的研究與應用十分重要，本文對番茄雄性不育研究現(xiàn)狀及展望進行闡述，以期為國內(nèi)外學者在番茄雄性不育理論研究及技術(shù)應用方面提供參考。

1 番茄雄性不育類型

1.1 功能型雄性不育

番茄功能型雄性不育是指花器官發(fā)育正常、可以產(chǎn)生可育的花粉，但是由于花藥不開裂或開裂異常導致花粉無法在自然狀態(tài)下抵達柱頭，從而造成不育，如ps（positional sterility）、cl（cleistogamous）、cl-2（cleistogamous-2）等［11］。功能型雄性不育的典型代表是贊貝爾型雄性不育系（JohnBear）［12］，其花藥幾乎不開裂，使得無法自花授粉導致不育。類似地，Atanassova［13］通過對ps-2（positional sterility-2）類型詳細研究發(fā)現(xiàn)，其花瓣正常但花藥不開裂，因其開裂區(qū)間細胞被纖維填充，造成發(fā)育畸形，無法提供花藥開裂的能量，使得番茄ps-2類型表現(xiàn)為功能型雄性不育。

1.2 部位型雄性不育

番茄部位型雄性不育是指花器官發(fā)育正常，但由于植株中柱頭高于雄蕊藥筒無法授粉形成不育，其表型不穩(wěn)定且易受環(huán)境溫度的影響，遺傳復雜，又稱為L 型不育。張少麗等［14］對部位型雄性不育進行了詳細研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論是耐熱型植株還是溫敏型植株在高溫情況下都會促進花柱的伸長，溫敏型植株的花柱長度更易受到影響，表明溫度可通過調(diào)控番茄花柱的伸長進而影響其授粉過程。

1.3 花粉敗育型雄性不育

花粉敗育型雄性不育又稱為孢子雄性不育，大部分發(fā)生在小孢子減數(shù)分裂Ⅰ期或減數(shù)分裂完成后，在田間表現(xiàn)為雄蕊無花粉釋放［15］。Rick［16］曾對花粉敗育型植株中9 個ms（male sterility）突變體進行研究，發(fā)現(xiàn)造成其雄性不育的原因均與絨氈層的發(fā)育相關(guān)。Liu 等［17］對ms-32（male sterility-32）突變體的研究結(jié)果顯示，在減數(shù)分裂前期其花藥形態(tài)和正常植株相同，但在四分體、小孢子、有絲分裂和裂開階段有明顯的形態(tài)差異，在絨氈層細胞中也有明顯差異，其體現(xiàn)在細胞異常增大、空泡化，從而無法正常授粉導致不育，更加表明番茄雄性不育花粉敗育型敗育原因與絨氈層發(fā)育密切相關(guān)。

1.4 雄蕊退化型雄性不育

雄蕊退化型雄性不育是由于其一般具有畸形的雄蕊或無雄蕊，雖然植株其他花部位正常發(fā)育，但因無法產(chǎn)生花粉導致不育，如sl（stamenless）系列（目前已發(fā)現(xiàn)6 個sl突變體）、pi（pistillate）、pi-2（pistillate-2）等，其中番茄雄蕊退化型雄性不育最典型的結(jié)構(gòu)類型是pi和pi-2。Rick［11,18］對這兩種類型番茄進行研究，發(fā)現(xiàn)盡管在顯微鏡下觀察到的pi突變體器官表型與其他結(jié)構(gòu)不育型花相似，但其同源突變體在擬南芥中可能沒有可育雄蕊。Polowick 等［19］通過比較sl-2（stamenless-2）突變體與野生型減數(shù)分裂時絨氈層細胞差異發(fā)現(xiàn)，突變體絨氈層細胞在減數(shù)分裂早期就出現(xiàn)了變異，在四分體時期絨氈層進一步松散和擴大，從而導致質(zhì)壁分離產(chǎn)生沒有可育功能的花粉，表明減數(shù)分裂時期絨氈層的變異可能導致番茄雄蕊退化型雄性不育的產(chǎn)生。

2 番茄雄性不育基因工程研究進展

基因工程是指在分子水平將外源基因通過體外重組技術(shù)導入到受體細胞中，使該基因能夠在受體細胞中進行復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達并且能夠穩(wěn)定遺傳的技術(shù)。1994 年番茄作為世界上第一例轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品出現(xiàn)［20］，隨著基因工程技術(shù)不斷提高，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在作物中的應用日趨成熟；與傳統(tǒng)育種技術(shù)相比，使用轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)獲得的番茄具有品質(zhì)更好、口感更為豐富等優(yōu)勢。導入外源基因后番茄發(fā)生改變的性狀中主要涉及抗除草劑、抗寒性、抗鹽性、抗病性、耐貯性和雄性不育性等。其中，雄性不育作為番茄基因工程研究的著重點，至今國內(nèi)外研究者們通過對番茄雄性不育基因的初定位、精細定位、基因家族的鑒定、候選基因的篩選、基因功能鑒定與驗證等研究發(fā)現(xiàn)了許多有關(guān)番茄雄性不育方面的基因，如ms32、ms14、ms10等，其研究成果將推動育性研究的進程。

2.1 番茄雄性不育基因的精細定位

研究者通過分子標記等技術(shù)，對許多不同種類的番茄雄性不育基因進行了精細定位和克隆。Gorman 等［21］利用圖位克隆技術(shù)找到兩個與ms-14基因緊密相連的RFLP 探針（ct120A、TG393），發(fā)現(xiàn)ms-14基因定位在番茄11 號染色體上的300 kb 區(qū)間內(nèi)，在610 kb 的YAC 克隆條帶上發(fā)現(xiàn)有該基因，為進一步開展ms-14基因的功能研究奠定了基礎(chǔ)。Jeong 等［22］選用番茄雄性可育親本（T-1082）和雄性不育ms-1035（2-517）作為親本，其后代分別與親本（T-1082）回交6次后對ms-10基因進行分析，發(fā)現(xiàn)ms-1035在減數(shù)分裂前期到四分體時期，該基因在減數(shù)分裂細胞和絨氈層組織中特異性表達。試驗結(jié)果可以表明該基因在小孢子發(fā)育過程中主要參與調(diào)節(jié)絨氈層細胞的減數(shù)分裂和程序性細胞死亡。Zhang 等［23］通過分子標記輔助選擇（MAS）技術(shù)發(fā)現(xiàn)與番茄雄性不育相關(guān)的SLGSTAA基因缺失，并開發(fā)了一種用于區(qū)分純合野生型、雜合和純合突變的共顯性InDel標記AAD，其研究結(jié)果有助于番茄中SLGSTAA基因的功能分析和標記輔助選擇。Wang等［24］使用番茄雄性不育基因ms-1035的植株作為試驗材料，利用ITRAQ-Based 蛋白組學技術(shù)揭示了番茄雄性不育基因ms-10的蛋白質(zhì)組學變化，結(jié)果顯示脂肪酸代謝受損可能造成其雄性不育，且已通過實時定量PCR（qRT-PCR）和生理測定證實。Cao 等［25］通過研究B 類MADS-box基因TM6，將ms-1526精確定位到2 號染色體上的44.6 kb 區(qū)間內(nèi)，通過共顯性插入/缺失（InDel）標記、共顯性衍生的切割擴增多肽序列（dCAPS）標記以及SNP 標記技術(shù)開發(fā)出2 種候選基因特異性標記MS26D和MS15C，實時定量PCR 分析發(fā)現(xiàn)在ms-1526和ms-1547突變體花中幾乎檢測不到TM6基因的表達，表明基因TM6在雄蕊發(fā)育過程中起重要作用，這為ms-15或其他等位基因在雜交育種中母本的MAS 定位研究提供了依據(jù)。

早期，Larson 等［26］對番茄雄性不育基因ps進行了功能分析與定位，其結(jié)果推動了研究者對番茄雄性不育基因ps的研究。Staniaszek 等［27］利用5'-CACAGCGACA-3'和5'-CCAGGCTGAC-3'引物擴增出1 230 bp 和780 bp 的特異性片段，找到2 個與ps 基因緊密連鎖的RAPD 標記，同時利用這些標記進行輔助選育及雜種純度鑒定。Stoilova 等［28］和Atannassova 等［29］通過對ps-2基因初步定位，證明該基因與ful基因連鎖，但圖譜距離較大。Gorguet［30］完成了番茄ps-2基因的精細定位，其開發(fā)出ps-2基因區(qū)域的高分辨率連鎖圖譜，將ps-2基因定位在4 號染色體短臂To958 和To635 之間的1.65 cM 區(qū)間內(nèi)，進一步確定了ps-2基因所在的區(qū)間，為后續(xù)研究ps-2基因奠定了基礎(chǔ)。朱莎等［31］以番茄株系92155 為父本、含有ps-2基因的不育材料CMC1ps2（來自保加利亞）為母本，構(gòu)建了123 個F2代分離群體。通過RFLP、COS 標記以及SSR 技術(shù)手段，經(jīng)相應的遺傳分析獲得1 個SSR 標記（SSR450）和1 個CAPS 標記（TG123），這兩個標記屬于ps-2基因兩側(cè)的共顯性標記，連鎖遺傳距離分別是4.9 cM和11.6 cM。這兩個標記可以直接運用于標記輔助育種和雜種純度鑒定。Riccini 等［32］利用RNAseq 分析技術(shù)研究不同番茄時發(fā)現(xiàn)了影響花柱長度變化的新基因bHLH001。為研究番茄柱頭外露導致雄性不育的機理，Cheng 等［33］以番茄突變體T431和DL5發(fā)育過程中的花為試驗材料，利用SLAF-BSA-seq、重測序、超表達分析等技術(shù)發(fā)現(xiàn)維管束細胞數(shù)量的增加是導致柱頭外露的主要原因，且發(fā)現(xiàn)12 號染色體上有26 個與柱頭外露相關(guān)候選基因，其中SlLst基因為柱頭外露的關(guān)鍵基因，該研究為了解番茄雄性不育植株柱頭外露開拓了新思路。綜上所述，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，番茄雄性不育基因的挖掘與功能研究不斷深入。

2.2 番茄雄性不育基因的功能研究

為探究番茄長花柱型雄性不育的分子機制，張少麗等［14］對QTL 位點進行了分析，發(fā)現(xiàn)其分別定位在2、5、8 號等染色體上，表明控制番茄長花柱性狀的基因較為多樣；同時研究了番茄溫敏型長花柱突變體系T431花柱長度變化的影響機制，發(fā)現(xiàn)該類型主要由style2.1基因控制。在花的形態(tài)形成過程中，style2.1基因發(fā)生突變，造成該基因表達水平下調(diào)導致花柱縮短［34］，表明相對高溫會使花柱變長。趙攀等［35］對番茄長柱型與短柱型相關(guān)QTL 進行研究，發(fā)現(xiàn)14 個QTL分別分布在1、2、3、4、5、8、9 和12 號染色體上，并發(fā)現(xiàn)3 個效應基因style2.1、SlLst和SE3.1，雖然其調(diào)控機制尚不明確，但為后續(xù)基因克隆與功能鑒定研究提供了方向。目前CRISPR/Cas9 技術(shù)主要應用于改良作物的優(yōu)良性狀遺傳方面，但存在限制因素，許多農(nóng)作物的某一性狀不是由單個基因或單個堿基變異、缺失就能改變，在多個基因的基因編輯中，影響CRISPR/Cas9 編輯效率的因素更多，如遺傳轉(zhuǎn)化效率、靶點設(shè)計、功能冗余基因等。劉玉琛等［8］利用CRISPR/Cas9 技術(shù)創(chuàng)造番茄雄性不育株系中，發(fā)現(xiàn)了具有特異性的基因SIAP3，該基因突變使得番茄表現(xiàn)為雄性不育。Jung 等［36］通過使用CRISPR/Cas9 技術(shù)敲除SIMS10使得番茄表現(xiàn)為雄性不育表型，通過深度測序分析選擇SIMS10基因靶位點的11 種不同突變類型，發(fā)現(xiàn)cr-ms-10-1-4突變株系在花的發(fā)育過程中表現(xiàn)出減數(shù)分裂時期功能失調(diào)以及絨氈層發(fā)育異常等現(xiàn)象。綜上所述，通過靶基因的選擇和CRISPR/Cas9 技術(shù)將為創(chuàng)制番茄雄性不育系材料提供理論指導和技術(shù)支持。

目前研究者已經(jīng)開展了許多有關(guān)番茄雄性不育的研究，但是對不育基因的研究相當缺乏。Hazra 等［37］指出在已經(jīng)報道的55 個番茄核基因雄性不育突變體中完成初步定位的突變體只占少數(shù)，多數(shù)突變體還只停留在表型上，在實際應用上未有相關(guān)進展。目前定位克隆的番茄雄性不育基因有SIAP3、Ms1035和MS32等，其中Ms1035和MS32屬于bHLH家族中的轉(zhuǎn)錄因子，它們在細胞發(fā)育過程中會特異性表達，能使絨氈層細胞的發(fā)育異常進而導致花粉敗育。而在研究中通常以Ms1035作為CRISPR/Cas9 構(gòu)建番茄不育系研究的靶基因［8］。

3 番茄雄性不育的細胞生物學機制及溫度對其影響

3.1 番茄雄性不育的細胞生物學機制

細胞學分析可以從各個方面了解番茄雄性不育基因調(diào)控花粉敗育的基礎(chǔ)過程，張秀剛［38］對番茄花粉發(fā)育過程進行觀察，從孢原細胞開始發(fā)育，經(jīng)過造孢細胞、小孢子母細胞、四分體、小孢子、雄配子體等發(fā)育階段，最后成為二核花粉粒。Sawhney 等［39］對番茄雄性不育sl-2/sl-2品種的突變體小孢子進行細胞生物學研究，用顯微鏡觀察其特性，發(fā)現(xiàn)由于其絨氈層的延遲解體導致番茄雄性不育。張秀剛等［40］選用花粉敗育型品種72-1，通過采用石蠟切片和細胞學壓片技術(shù)，首次較為詳細地研究了番茄雄配子與小孢子的細胞學過程，發(fā)現(xiàn)在小孢子母細胞形成之前花藥的發(fā)育基本正常，花藥異常發(fā)育可能介于減數(shù)分裂第2 次有絲分裂后期到四分體形成之際和小孢子發(fā)育早期到大液泡形成之前，其中主要敗育現(xiàn)象是無法形成正常狀態(tài)的四分體以及形成空癟花粉，敗育的主要原因是部分絨氈層細胞提早溶解、絨氈層組織不同步溶解和溶解不徹底，導致減數(shù)分裂后小孢子發(fā)育異常以及營養(yǎng)不足。袁亦楠等［41］以番茄雄性不育材料95305 和可育材料早粉二號作為試驗材料，挑取不同長度花蕾中的花藥，制作切片后用光鏡和透射電鏡觀察花粉母細胞減數(shù)分裂，發(fā)現(xiàn)番茄95305 的敗育可能發(fā)生在一個很大的區(qū)間內(nèi)，從小孢子母細胞時期到單核中后期小孢子的外壁發(fā)育；而導致敗育的原因很多，包括小孢子形成時期與絨氈層形成異常、小孢子發(fā)育與絨氈層的發(fā)育不同步，還可能因為花藥畸形導致敗育。

李君明等［42］田間觀察發(fā)現(xiàn)，番茄功能型雄性不育品種ps-2類型在自然狀態(tài)下不育性穩(wěn)定、花器官發(fā)育正常，但是花藥不開裂，表明該品種可用于田間栽培試驗。毛秀杰等［43］對番茄雄性不育系JL-2株型的小孢子發(fā)育過程進行細胞學觀察，石蠟切片后用ZEISS 顯微鏡觀察并拍照記錄，發(fā)現(xiàn)小孢子發(fā)育期間絨氈層細胞提前液泡化，不能正常提供營養(yǎng)給小孢子使其正常發(fā)育，導致絨氈層細胞發(fā)育異常進而敗育。Omidvae 等［44］以7B-1番茄雄性不育突變體作為試驗材料，通過mRNA 測序（RNA-Seq）并對野生型（WT）花藥的轉(zhuǎn)錄組譜進行分析，結(jié)合細胞學觀察發(fā)現(xiàn)其花藥發(fā)育過程存在幾個缺陷，包括減數(shù)分裂時期功能失調(diào)、花藥成熟不同步、小孢子母細胞停滯發(fā)育、胼胝質(zhì)降解缺失、PCD 延遲和絨氈層細胞發(fā)育異常。綜上所述，番茄雄性不育的原因均與絨氈層細胞的發(fā)育異常密切相關(guān)，而與材料類型關(guān)系不大。

3.2 溫度對番茄雄性不育的影響

3.2.1 生理生態(tài)作用 溫度對作物生長發(fā)育具有重要影響。在逆境環(huán)境下，溫度對番茄雄性不育突變體的影響較大。Rick 等［45］研究發(fā)現(xiàn)，vms雄性不育突變體的雄蕊畸形隨著環(huán)境和時間的變化有不同表現(xiàn)，在露地栽培時，受高溫影響其雄蕊發(fā)育不正常且形成“心皮狀”結(jié)構(gòu)，但在溫室中，當溫度低于30℃時番茄可正常開花，短期高溫（40℃）和長期高溫（30℃）下表現(xiàn)為雄蕊畸形，因此推測雄蕊的發(fā)育可能受熱激蛋白調(diào)控，使得番茄表現(xiàn)出雄性不育。Sawheny 等［46］發(fā)現(xiàn)番茄雄性不育突變體sl-2在相對低溫（18℃晝/15℃夜）條件下，大多數(shù)植株的花均可產(chǎn)生正常雄蕊和可育花粉，相對中溫（23℃晝/18℃夜）下雄蕊發(fā)生畸形且無法產(chǎn)生可育花粉，但在高溫（28℃晝/23℃夜）下生長的雄蕊形成“心皮狀”結(jié)構(gòu)、且無花粉產(chǎn)生，因此表明當溫度越高雄蕊產(chǎn)生的可育花粉越少、不育性越高。早有報道，不同溫度條件對sl-2/sl-2番茄雄性不育的調(diào)控與植物激素效應密切相關(guān)［47］，其中強調(diào)了溫度調(diào)控在番茄育種中的潛在作用。

張賀等［48］研究發(fā)現(xiàn)番茄突變體T431是溫敏型長花柱雄性不育系，在不同溫光組合下變體T431材料柱頭的伸長長度和育性差異性很大，該株型最敏感時期前2～6 d，花瓣的張角為60°，育性轉(zhuǎn)換的溫度是24.68 ℃，結(jié)果表明溫度與花柱伸長長度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，而與育性呈現(xiàn)負相關(guān)。陳麗等［49］以該突變體T431為試驗材料卻得出不同結(jié)論，發(fā)現(xiàn)T431對溫度敏感（18℃晝/10℃夜）時期在花芽分化期（2 葉1 心）。燕正民等［50］研究指出，番茄突變體T431的不育率在田間溫度高于20℃時可達到95%以上。王先裕等［51］發(fā)現(xiàn)，番茄溫敏雄性不育系T-4突變體在不同溫度下有不同的表現(xiàn)形態(tài)，在溫度周期為28℃晝/18℃夜條件下，T-4突變體部分恢復育性表現(xiàn)為可育，而在溫度周期為28℃晝/24℃夜和28℃晝/12℃夜下，T-4突變體表現(xiàn)為雄性不育，結(jié)果表明夜間溫差的不同也會對番茄T-4突變體育性造成差異。朱廣廉等［52］發(fā)現(xiàn)脯氨酸的含量與番茄溫敏型雄性不育有關(guān)，缺乏脯氨酸的植株通常表現(xiàn)為雄性不育，表明脯氨酸參與番茄溫敏型雄性不育機制的調(diào)控。馬雅琳等［53］發(fā)現(xiàn)，無論是高溫還是低溫處理，番茄品種J59 的花柱長度均沒有顯著差異，相關(guān)機制尚不明確。

3.2.2 生化作用 前期研究發(fā)現(xiàn)雄性不育花藥或葉片中蛋白質(zhì)、氨基酸、同工酶等物質(zhì)含量的異常引起植物雄性不育。脯氨酸含量是影響花粉活力的重要因素之一［54］，在番茄中，脯氨酸在子房中的含量是其他部位的6～10 倍，表明脯氨酸可能參與番茄雄性不育的調(diào)控。Sato［55］等研究發(fā)現(xiàn)在番茄發(fā)育過程中，高溫會破壞糖代謝和脯氨酸的轉(zhuǎn)運，表明溫度會影響代謝途徑導致花粉活力下降造成植株雄性不育。國亞慧等［56］以番茄溫敏型核雄性不育系植株T-4花藥為試驗材料，發(fā)現(xiàn)在不育溫度下其蛋白質(zhì)含量顯著低于可育溫度下的蛋白質(zhì)含量，而相比于對照組花藥中蛋白質(zhì)的含量，番茄T-4花藥的蛋白含量明顯較低。通過分析POD 同工酶和EST 同工酶的酶譜差異，番茄T-4在不育溫度下POD 同工酶和EST 同工酶譜帶數(shù)量明顯多于可育溫度下處理組。這表明番茄T-4花藥中蛋白質(zhì)含量、同工酶POD 以及EST的表達都對番茄雄性不育具有影響。羅丹等［57］以番茄3 個抗寒性品種耐運2000、京樂502 和O-33-1 為試驗材料，測定不同低溫和脅迫時間幼苗葉片中脯氨酸含量、吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）活性、鳥氨酸轉(zhuǎn)移酶（8-0AT）活性、脯氨酸脫氫酶（ProDH）活性的變化來研究其對代謝關(guān)鍵酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)脯氨酸隨低溫處理時間的積累規(guī)律與δ-OAT 活性變化呈現(xiàn)正相關(guān)性，由此可見脯氨酸的合成主要受到鳥氨酸途徑的影響，而與ProDH 活性變化基本呈現(xiàn)負相關(guān)，表明脯氨酸的積累是合成與降解共同作用導致。綜上所述，可以通過蛋白質(zhì)、同工酶以及脯氨酸的生化作用調(diào)控番茄雄性不育。

3.2.3 基因調(diào)控 為研究溫度對番茄溫敏型長花株突變體T431的影響機制，陳麗等［49］在4 個不同時期設(shè)置多個時間梯度及溫度梯度，發(fā)現(xiàn)番茄溫敏型長花株突變體T431在花芽分化期（2 葉1心）最容易影響花柱的伸長和育性轉(zhuǎn)化，最敏感的溫度為18/10℃。燕正民等［50］以番茄溫敏型長花柱突變體T431為試驗材料，對逆境脅迫有關(guān)的轉(zhuǎn)錄輔助激活因子LeMBF1進行分析并得到完整序列，發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)錄因子可能參與花器官的形成并抑制突變體T431的花柱伸長導致敗育。顏夢雨［58］通過對油菜素內(nèi)酯和HsfA1a調(diào)控番茄花粉發(fā)育和高溫抗性的機制研究發(fā)現(xiàn)，在高溫脅迫下HsfAla過表達的植株中其花粉活力并未顯著下降，表明轉(zhuǎn)錄因子HsfAla可能通過對HSPs的誘導和自噬的調(diào)控增強番茄植株花粉的高溫抗性。Gao 等［20］以擬南芥為試驗材料，通過RNA-seq 和ChIP-seq分析方法發(fā)現(xiàn)AtbZIP17為依賴的高溫脅迫響應靶基因，表明AtbZIP17在熱脅迫響應中影響作物育性。綜上所述，基因可以通過控制植株的生理生化變化和形態(tài)構(gòu)建決定其育性。

4 番茄雄性不育的雜種優(yōu)勢與利用

番茄雄性不育雜種優(yōu)勢在于其子代表型、繁殖率、生長率等均優(yōu)于親本，且純度較高，可以獲得更高的利潤，因此在生產(chǎn)中被大量推廣利用。茄科植株中以辣椒雄性不育在雜種優(yōu)勢中最為明顯［59］，國內(nèi)推廣種植的辣椒品種有90%以上是一代雜交種。張銳等［60］發(fā)現(xiàn)有30 多家科研單位從事辣椒雄性不育研究，同時還有部分民營企業(yè)進行該方面研究。

目前，番茄雄性不育系的研究方向大多為細胞核雄性不育，即由一對隱性核基因控制的小孢子發(fā)生不育［61］。核雄性不育系分為AB 兩用系，50%為不育株，50%為可育株，前期兩種株型在表型還是其他性狀方面均無區(qū)別，難以分辨育性，只有在授粉前去除可育株、用不育株作為母本才可制備雜種種子。因為在去雄和授粉的過程中對雜交種子結(jié)籽率的影響很大，故番茄的人工去雄與授粉對工人的技術(shù)與勞動量需求過高。工人要先判斷番茄開花狀態(tài)再決定是否去雄，若提前去雄或去雄不徹底都會導致假雜種混入雜交種子中影響產(chǎn)量。這種高成本、低效、高耗的育種技術(shù)不符合當前現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)對種子的需求，因此番茄雄性不育雜種優(yōu)勢更加體現(xiàn)出來，可以更高效更高產(chǎn)地獲得雜交種子，后續(xù)相關(guān)的研究仍要深入。

5 展望

雄性不育作為農(nóng)作物雜種優(yōu)勢利用的重要技術(shù)手段［62］，具有簡化制種過程、節(jié)約成本、減少人力消耗等優(yōu)點。番茄雄性不育在番茄雜種優(yōu)勢利用中應用前景較好且效益顯著，國內(nèi)外學者已在番茄雄性不育的生理生化、細胞生物學、基因定位與功能研究等方面取得較大突破，但對番茄雄性不育分子機制尚不清楚，仍需進一步解決以下問題：（1）番茄CMS 育種技術(shù)無法像水稻、玉米等具有成熟CMS 育種技術(shù)體系的作物一樣進行大面積應用且表現(xiàn)穩(wěn)定［63］，未來應進一步加強對番茄花器官發(fā)育相關(guān)基因的發(fā)掘和調(diào)控機制研究。（2）加強對番茄雄性不育基礎(chǔ)理論的研究，隨著表型組學、基因編輯等新興生物技術(shù)手段的成熟和廣泛應用，學者們已經(jīng)從表型研究逐步深入到番茄雄性不育基因表達調(diào)控及互作機制的研究，但是由于番茄雄性不育種質(zhì)資源較為匱乏，導致學者們利用相同資源開展了諸多重復性工作；后續(xù)應完善種質(zhì)資源的創(chuàng)新和利用，同時從不同層次深入研究分子標記技術(shù)開發(fā)、基因功能鑒定、雄性不育基因定位等，逐漸縮短番茄雄性不育實踐應用進程，為創(chuàng)制穩(wěn)定雄性不育資源提供堅實的技術(shù)支撐。（3）加強番茄雄性不育恢復系的選育以及恢復系基因的克隆，番茄細胞質(zhì)雄性不育恢復基因的恢復機制尚不明確，如恢復基因的調(diào)控機制及其影響因素是否對其有決定性作用。由于恢復基因的挖掘難導致現(xiàn)有恢復系配制的組合具有不確定性，后續(xù)應當加強恢復基因的定位、克隆及功能解析。（4）強化番茄雄性不育種質(zhì)資源的創(chuàng)制和利用，加強自然雄性不育變異株系的鑒定和篩選，并利用化學或物理誘變技術(shù)以及結(jié)合基因編輯技術(shù)獲得骨干親本不育材料，同時選用綜合性狀優(yōu)良的資源開展配組獲得性狀優(yōu)異的番茄雄性不育雜交品種。