植物的细胞融合技术，近年来取得重大进展，作为作物品种的改良手段，正引人注目。特别是由于在实用方面支配重要性状的基因还离析得很少，调节机制也几乎未被解明，作为引入基因的划时代的方法，在技术上虽被确立，但各种性状转换技术的应用还受限制的状况下，作为异种基因的导入方法，细胞融合是最重要的。

细胞融合，不管是未鉴定、未被离析的异种基因，还是基因群或者染色体单位，都有引入的可能，即使在通过几个以上的基因来表现性状的时候，也有可以获得进行适当地选择导入的优点。目前，已在水稻、大麦、小麦等主要农作物，和各种蔬菜和果树进行细胞融合，通过原生质体培养，使植物体再分化。预料随着细胞融合技术适用范围的扩大和技术的大幅度进步，有希望取得划时代的育种成果。

再者，细胞融合是在两亲本之间交换核、线粒体、叶绿体等细胞器，由于有可能重组染色体组，这对于比分子遗传学的起步要慢的体细胞遗传学的建立来说，可作为有力的研究手段，更好地得到应用。

一、细胞融合技术的进展

通过细胞融合创造体细胞杂种，自1972年由Garlson等首次报道了Nicotiana qlauca与N. lanqsdorffii的体细胞融合以来，经过了约20年。在这期间，融合与其附带的相关技术，并获得精心的改善。

（1）为了打破两亲之间染色体组的不亲和性，因此产生的遗传不稳定性，从80年代的后期开始，不仅来源于体细胞的同类原生质的融合，即核染色体数1：1的细胞融合（对称融合），而且使用X射线和γ射线等照射，造成一方亲本的核基因的一部分或者大部不活化的融合（不对称融合），配以全部不活化的原生质体融合，扩大了创造细胞质杂种方法的应用。特别是以细胞质杂种为中心，已经能够获得实用性的、有价值的杂种植物；

（2）作为融合手段，创造了比用聚乙二醇处理更易于操作得多的电气融合法，并被装置化；

（3）对体细胞杂种的选择这个重要难题，正被开发巧妙地利用遗传的或者生理的互补性、细胞或核的不活化，通过机械选择、离心选择等各自不同特点的优良选择法所解决。

（4）随着分子遗传学进步，已经可以切实地用叶绿体和线粒体的DNA限制酶片断模型的分析等，用显示器显示核多糖RNA和种特异反录DNA对杂种进行确认和鉴定。

二、细胞融合的最新知识

1. 染色体组的不亲和性

在对称融合中，为了使融合后的细胞作为杂种细胞增殖，首先必须引导两亲本的核融合，通过染色体组的分离和再配置分裂，有关自身和另一方的识别，以及排他性的详细机制，几乎尚未解明。但是，已知近缘双亲的染色体，在杂种细胞和再分化植物能中维持稳定性的例子较多；而远缘的一般引起一方亲本的染色体脱落，随着遗传不稳定性的增加，造成性状异常和不结实。

2. 非对称融合

作为少数体细胞不亲和性方法——非对称融合，引人注目，现已成为细胞融合法的主流。在将野生种的抗逆性特性引入栽培物种的情况下，只有让有用基因的载体染色体进入栽培种的体细胞，才有希望维持稳定的杂种性状。为了这个目的，在亲本一方的核染色体组中导入其他亲本的核染色体组的一部分的试验——非对称融合试验，已创造出不对称性核。特别是用V射线照射的亲本的一方的核染色体组部分破坏后的融合，也被称为“γ射线融合（qamma-fusion）”。

由于在亲本中一方的核染色体组全部被破坏的情况下，有希望出现具有一方亲本的核和两亲本细胞质的细胞质杂种，因而，在此对非对称融合的广义解释，也包括了细胞质杂种。自1989~1991年的3年中，通过非对称细胞融合所创造的杂种作物已近30例，实践表明，通过γ射线和X射线等照射，成为创造供体亲本的少数染色体的种间、属间杂种的可能性。

通过非对称性融合，供体亲本染色体的脱落，虽然被认为在无性系间有很大的变异，但表现出γ射线和X射线的照射剂量，在很多场合与远缘间的组合情况有很强的倾向性。然而，种间融合显示出在低剂量有近3倍体，而在以高剂量近5倍体的异倍体杂种植物体较多，同时，通过高剂量照射，也有再分化和植物生长缓慢、不结实的事例，作为使染色体脱落的最适照射剂量，目前尚未确定。

不管怎样，使用杂交和对称融合等手段都不能获得杂种植物的组合，非对称融合的成功率高的意义极为深远。关于这种体细胞的不亲和性，可以设想是供体亲本染色体排除的结果，一般认为，使远缘间杂种细胞生存，最重要的是在分化上，导入供体亲本染色体或染色体组的一部分。

3. 细胞质杂种

在细胞质中有育种上需要的重要基因，已知有存在于线粒体上的细胞质雄性不育（CMS）基因和对病原菌产生毒素抗性的基因与存在于叶绿体上的阿特拉津等抗除草剂基因。

通过对称或非对称融合所创造的细胞质杂种的例子很多。特别是被导入雄性不育基因的，已报道的有烟草、白菜、矮牵牛、胡萝卜、稻、甜菜等物种的种内和种间融合。另一方面，通过属间原生质重组的细胞质杂种，也已有报道。同时，通过细胞融合，导入亲本一方叶绿体的杂种植物，也在种间与属间融合中得到。

对于杂种细胞的选择，作为标记的特定遗传性状以外的性状是很难进行的。最近，使用了和非对称性融合一样的方法，对供体亲本的原生质体照射X射线和γ射线，使核不活化，受体一方（resipient）经用碘乙酰胺（IOA）处理后以碘醋酸使蛋白质不活化，使细胞分裂的两亲本融合，利用代谢时的互补性选择法。对于细胞质的杂种性，通过细胞器DNA的萨赞曲线分析已被确认。此外，在原生质体的分离过程产生的核，主要包含着微型原生质体和只具有细胞质的胞质体等（这些都被统称为亚原生质体），可用比重的差异进行区分。在显微镜下一个一个的微融合（microfusion）异种胞质体和原生质体，并对每个杂种细胞进行培养，成功地创造出细胞质杂种的方法。此方法被法国和瑞士的科学家所开发，日本也已由三菱植物工程研究所的今村小组，成功地创造出花粉可育性的细胞质杂种植物。通过微原生质体和胞质体的融合，创造核置换杂种的可能性，正被期望着今后研究的进展。

在此前，已知细胞质基因对高等植物的大部分性状表现有影响。然而，通过细胞融合，育种上重要的细胞质基因的转移可能性增大，在创造细胞质杂种的研究过程中，搞清了核与细胞质之间的不亲和性，远缘间的组合，一般也不增加。这一问题，被认为必然地与异种细胞器基因、染色体组的重组和相互作用都有关。

首先，关于重组，根据通过间、属间杂种植物的线粒体DNA（mDNA）的限制酶断片的结构分析，显示出在异种线粒体之间的重组结果，已报道多例两亲本的线粒体染色体组的一部分以任意的分离被再组成，有时具有重组DNA的线粒体，在融合细胞中占多数的情况下，搞清了线粒体的不稳定原因。但是，在胞质体分析中，由于不能分离所有的m DNA，因而认为，必须进一步对有关重组频率进行详细的研讨。

其次，细胞质杂种的叶绿体，对于高等植物，不论哪一方亲本的叶绿体都有非选择性脱落的情况，但大多数是两亲本的叶绿体共存，叶绿体DNA重组的可能性很低。这是由于，叶绿体的被膜具有特殊的化学组成，妨碍了叶绿体的融合。再者，在几种细胞质杂种的线粒体染色体组中，通过融合，也有重组的可能性。

如以上所述，有关种间、属间的融合，可以察知在核和细胞之间有形态不正常和不育的情况。相反，即使在远缘间组合，也有例子说明，有希望创造出正常的细胞质杂种的可能。导入细胞质基因支配性状的细胞融合，作为创造杂种植物的有力手段，有着应用的可能性。

三、在育种上的利用

通过细胞融合创造杂种植物，在杂交可能的两亲本间易于成功，在远缘间被很难解决。最近，与细胞融合相关的研究进展惊人，已获得很多在实用方面具有深远意义的知识。如果考虑到通过非对称融合，超越种、属导入的异种核染色体组的一部分，或者导入细胞质染色体组，细胞融合在育种方面是大有希望的。

（1）为了打破杂交不亲和性，让非对称融合与适当的选择法相配合，可在栽培作物中导入近缘野生种和远缘种有益的抗性基因。

（2）用花药培养创造出有用特性的半倍体和2倍体植物之间的对称融合，再形成核染色体组，提前育成实用的2倍体和3倍体、4倍体植物。

（3）通过细胞质杂种的创造，在短时间向优良品系导入雄性不育性、抗病性、抗除草剂性、光合功能等相关的细胞质基因。同时，利用细胞质杂种的形成过程，有希望获得mtDNA的重组和细胞质细胞器的再组成，谋求细胞质遗传结构的多样化。

（4）利用通过远缘间的融合容易出现雄性不育植物，谋求获得新的CMS基因。

（5）对于有性生殖有困难，不能进行杂交育种的作物和营养繁殖性作物利用细胞融合是不行的。

由于细胞融合技术的实践性展开，日本农林水产省（农林水产技术会议事务局振兴科）已将此作为资助事业的一项，在1991~1994年的5年计划中，“地域生物工艺学实用化技术研究开发促进事业”中的7项研究课题之一，拟定了“通过非对称细胞融合开发地域特产作物改良技术”得到农业生物资源研究所与蔬菜、茶业试验场的协助，希望用细胞融合技术在作物育种中作出贡献。

［农业技术（日）1992年1月］