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【聚焦“双一流”】我校克隆出大豆细胞核雄性不育基因GmMs1

时间:2021-05-17 来源: 作者: 点击:

本网讯 近日,我校农学院王晓波课题组与中国农业科学院作物科学研究所合作在中科院1区期刊Journal of Integrative Plant BiologyJIPB)发表题为“GmMs1 encodes a kinesin-like protein essential for male fertility in soybean (Glycine max L.)”(DOI: 10.1111/jipb.13110)的研究论文。

大豆是我国重要粮食和经济作物,也是国内进口量最大的粮食作物。如何在有限的面积上提高单产已成为当务之急。雄性不育在作物杂种优势利用和提高产量方面发挥至关重要的作用。大豆是自花授粉作物,也具有明显的杂种优势,杂交种单产可提高1520%。迄今国内外已开展了一系列的大豆核不育基因研究,多集中在杂种优势利用及遗传机理研究,但鲜见基因克隆的报道。我国已将大豆ms1核不育系成功应用于轮回选择群体创制和新品种选育。由于ms1育性基因尚未克隆,限制了核不育(NMS)系统进一步在大豆杂交种生产中的开发应用。



GmMs1基因突变导致大豆细胞核雄性不育


该研究利用SLAF_BSA精细定位了ms1基因,结合第三代测序技术和代谢组学技术,发现大豆ms1细胞核雄性不育系中一个大片段(16.15 kb)缺失与不育性密切相关,该区间内包含5个蛋白编码基因。研究发现,这些基因的转录本在不育系中无扩增产物,而在可育系中有目标扩增产物。利用CRIPSR/Cas9对编码微管马达驱动蛋白Glyma.13G114200NACK2)基因进行靶向敲除,使栽培大豆品种中品661产生了与ms1不育系相同的不育表型,成功证明了该基因是控制大豆ms1核育性的功能基因。代谢组学研究进一步揭示了苯丙烷、植物激素以及淀粉和蔗糖等多种代谢途径紊乱是导致大豆细胞核雄性不育的主要原因。大豆ms1细胞核雄性不育基因的成功克隆,为针对大豆基因组结构变异的功能基因挖掘提供了新思路,为系统开展高效大豆“智能不育系”构建和基于细胞核雄性不育的大豆杂交制种技术研发奠定了基础,对于将杂种优势应用于提高我国大豆单产水平具有重要的理论和科学价值。

该研究论文以安徽农业大学为第一作者单位,农学院博士后Muhammad Nadeem为第一作者,农学院王晓波教授和中国农业科学院作物科学研究所邱丽娟研究员为共同通讯作者。农学院赵夺博士生、程安东硕士生,中国农业科学院作物科学研究所洪慧龙博士生参与了此项工作。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

近年来,王晓波课题组在学校“大院大所”合作总体战略部署基础上,围绕振兴地方大豆产业发展需要,与中国农科院作物科学院研究所开展了广泛而深入的合作,在国家级项目申报、高水平论文、新品种选育等多个领域取得了丰硕研究成果,累计发表论文20余篇,获得国家发明专利6项,制定省级地方标准2项,育成主要农作物新品种1个。