安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)王曉波課題組克隆出大豆細(xì)胞核雄性不育基因GmMs1

大豆是我國(guó)重要糧食和經(jīng)濟(jì)作物，也是國(guó)內(nèi)進(jìn)口量最大的糧食作物。如何在有限的面積上提高單產(chǎn)已成為當(dāng)務(wù)之急。雄性不育在作物雜種優(yōu)勢(shì)利用和提高產(chǎn)量方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。大豆是自花授粉作物，也具有明顯的雜種優(yōu)勢(shì)，雜交種單產(chǎn)可提高15%～20%。迄今國(guó)內(nèi)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(yōu)勢(shì)利用及遺傳機(jī)理研究，但鮮見基因克隆的報(bào)道。我國(guó)已將大豆核不育系成功應(yīng)用于輪回選擇群體創(chuàng)制和新品種選育。由于育性基因尚未克隆，限制了核不育（NMS）系統(tǒng)進(jìn)一步在大豆雜交種生產(chǎn)中的開發(fā)應(yīng)用。

近日，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院王曉波課題組與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所合作在中科院1區(qū)期刊Journal of Integrative Plant Biology（JIPB）發(fā)表題為“encodes a kinesin-like protein essential for male fertility in soybean ()”（DOI: 10.1111/jipb.13110）的研究論文。

該研究利用SLAF_BSA精細(xì)定位了基因，結(jié)合第三代測(cè)序技術(shù)和代謝組學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)大豆細(xì)胞核雄性不育系中一個(gè)大片段（16.15 kb）缺失與不育性密切相關(guān)，該區(qū)間內(nèi)包含5個(gè)蛋白編碼基因。研究發(fā)現(xiàn)，這些基因的轉(zhuǎn)錄本在不育系中無擴(kuò)增產(chǎn)物，而在可育系中有目標(biāo)擴(kuò)增產(chǎn)物。利用CRIPSR/Cas9對(duì)編碼微管馬達(dá)驅(qū)動(dòng)蛋白（NACK2）基因進(jìn)行靶向敲除，使栽培大豆品種中品661產(chǎn)生了與不育系相同的不育表型，成功證明了該基因是控制大豆核育性的功能基因。代謝組學(xué)研究進(jìn)一步揭示了苯丙烷、植物激素以及淀粉和蔗糖等多種代謝途徑紊亂是導(dǎo)致大豆細(xì)胞核雄性不育的主要原因。大豆細(xì)胞核雄性不育基因的成功克隆，為針對(duì)大豆基因組結(jié)構(gòu)變異的功能基因挖掘提供了新思路，為系統(tǒng)開展高效大豆“智能不育系”構(gòu)建和基于細(xì)胞核雄性不育的大豆雜交制種技術(shù)研發(fā)奠定了基礎(chǔ)，對(duì)于將雜種優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于提高我國(guó)大豆單產(chǎn)水平具有重要的理論和科學(xué)價(jià)值。