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【4pxapp】我校克隆出大豆細胞核雄性不育基因GmMs1

時間:2021-05-17 來源: 作者: 點擊:

本網訊 近日,我校農學院王曉波課題組與中國農業科學院作物科學研究所合作在中科院1區期刊Journal of Integrative Plant BiologyJIPB)發表題為“GmMs1 encodes a kinesin-like protein essential for male fertility in soybean (Glycine max L.)”(DOI: 10.1111/jipb.13110)的研究論文。

大豆是我國重要糧食和經濟作物,也是國內進口量最大的糧食作物。如何在有限的面積上提高單產已成為當務之急。雄性不育在作物雜種優勢利用和提高產量方面發揮至關重要的作用。大豆是自花授粉作物,也具有明顯的雜種優勢,雜交種單產可提高1520%。迄今國內外已開展了一系列的大豆核不育基因研究,多集中在雜種優勢利用及遺傳機理研究,但鮮見基因克隆的報道。我國已將大豆ms1核不育系成功應用於輪迴選擇羣體創制和新品種選育。由於ms1育性基因尚未克隆,限制了核不育(NMS)系統進一步在大豆雜交種生產中的開發應用。



GmMs1基因突變導致大豆細胞核雄性不育


該研究利用SLAF_BSA精細定位了ms1基因,結合第三代測序技術和代謝組學技術,發現大豆ms1細胞核雄性不育系中一個大片段(16.15 kb)缺失與不育性密切相關,該區間內包含5個蛋白編碼基因。研究發現,這些基因的轉錄本在不育系中無擴增產物,而在可育系中有目標擴增產物。利用CRIPSR/Cas9對編碼微管馬達驅動蛋白Glyma.13G114200NACK2)基因進行靶向敲除,使栽培大豆品種中品661產生了與ms1不育系相同的不育表型,成功證明了該基因是控制大豆ms1核育性的功能基因。代謝組學研究進一步揭示了苯丙烷、植物激素以及澱粉和蔗糖等多種代謝途徑紊亂是導致大豆細胞核雄性不育的主要原因。大豆ms1細胞核雄性不育基因的成功克隆,為針對大豆基因組結構變異的功能基因挖掘提供了新思路,為系統開展高效大豆“智能不育系”構建和基於細胞核雄性不育的大豆雜交制種技術研發奠定了基礎,對於將雜種優勢應用於提高我國大豆單產水平具有重要的理論和科學價值。

該研究論文以安徽農業大學為第一作者單位,農學院博士後Muhammad Nadeem為第一作者,農學院王曉波教授和中國農業科學院作物科學研究所邱麗娟研究員為共同通訊作者。農學院趙奪博士生、程安東碩士生,中國農業科學院作物科學研究所洪慧龍博士生參與了此項工作。該研究得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金的資助。

近年來,王曉波課題組在學校“大院大所”合作總體戰略部署基礎上,圍繞振興地方大豆產業發展需要,與中國農科院作物科學院研究所開展了廣泛而深入的合作,在國家級項目申報、高水平論文、新品種選育等多個領域取得了豐碩研究成果,累計發表論文20餘篇,獲得國家發明專利6項,制定省級地方標準2項,育成主要農作物新品種1個。