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作物多控不育杂交育种
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水稻雄性不育新进展:湿温敏雄性不育材料及其机理研究

(2019-11-24 18:36:08)
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万向元

杂交育种

第三代杂交育种

多控不育

环境敏感型雄性不育(EGMS)系在水稻双系杂交育种中有着广泛的应用。目前,光周期敏感型基因雄性不育系(PGMS)和热敏感型基因雄性不育(TGMS)系主要应用于两系杂交水稻,而湿度敏感型基因雄性不育(HGMS)系的报道较少。

20182月,中国科学院植物研究所漆小泉研究组获得了水稻湿度敏感型雄性不育系,是继早期发现的水稻光/温敏雄性不育材料之后的又一种条件雄性不育材料。研究中就发现水稻三萜合酶(OsOSC12/OsPTS1)催化2,3-环氧鲨烯产生一种二环三萜化合物“禾谷绒毡醇”。缺失三萜合酶功能的水稻植株(突变体)所产生的花粉粒,其花粉包被的组成成分明显减少,花粉粒得不到有效保护而迅速失水,在湿度低于60%的环境中表现为不育,而在湿度高于80%的环境中则表现为完全可育,是一种新型的湿度敏感型雄性核不育材料。该研究成果于29日在线发表于国际学术刊物Nature Communications上。文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-03048-8

201911月,来自华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室周海研究员课题组在New PhytologistIF7.299,中科院生物学一区)在线发表了题为“HMS1 Interacts with HMS1I to Regulate Verylongchain Fatty Acid Biosynthesis and the Humiditysensitive Genic Male Sterility in Rice (Oryza sativa)” 的研究论文,揭示了水稻HMS1HMS1I基因互作调控特长链脂肪酸的合成和花粉壁含油层的形成,进而控制湿度敏感雄性不育的分子机制,为两系杂交水稻育种提供了更多的选择。

这项研究鉴定了一个湿度敏感不育突变体hms1,通过图位克隆和功能互补表明HMS1编码一个β-酮脂酰辅酶A合酶 (β-ketoacyl-CoA synthaseKCS)。该酶需要与HMS1I互作才能催化C26C28等特长链脂肪酸的合成,而这些特长链脂肪酸的缺少影响花粉壁中含油层的形成,花粉壁的缺陷导致花粉保水能力降低,在低湿条件下,以极快的速度皱缩,失去活性。低湿条件下,花粉壁的缺陷也影响了花粉在柱头上的附着、水合和萌发,导致湿敏不育突变体不能正常结实。而在高湿条件下,湿敏不育突变体的花粉在柱头上的附着、水合和萌发能力部分恢复,导致结实正常。该研究进一步发现,粳稻和籼稻水稻品种中HMS1的突变均会导致湿度敏感型雄性不育,揭示了一种新的特长链脂肪酸介导的湿度敏感不育分子机理,在杂交育种中具有潜在的价值。

 水稻光/温敏核雄性不育系的育性需要严格控制温度和光照,极大地限制了其应用范围,而新发现的湿敏雄性不育系的育性只受扬花期环境湿度的影响,可在夏季干旱少雨的地区配制杂种,从而突破目前水稻杂种优势利用的地域限制。

然而,利用湿温敏雄性不育材料进行杂交育种仍属于第二代杂交育种技术。第三代杂交育种技术,即利用植物基因工程和分子设计育种相结合的策略,批量创制核基因控制的稳定的雄性不育系为目前最先进的杂交技术。该技术有效地解决了前两代育种方法的缺陷。该方法既“遗传”了前两代方法各自的优点,又克服了三系不育系配组受局限,及两系不育系繁殖和制种存在风险的缺点。袁隆平认为,这是未来水稻杂种优势利用的一条理想途径。

第三代杂交玉米育种技术由北京科技大学万向元教授团队在国内最早研发并具有完全自主知识产权,实现了对国外同类技术的超越和创新。目前该技术已进入产业化应用测试和小规模应用示范阶段。研发团队可面向全国的种业企业和玉米育种家提供玉米多控不育系,通过技术咨询会、技术交流会和技术推广会开展广泛的杂交玉米育种和制种协作攻关,同时提供多控不育技术外包服务,提供快速定向培育和改良创制玉米多控不育系技术服务,促进多控不育技术的产业化推广应用。



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