東北地理所在大豆雄性不育系創(chuàng)制研究上取得進展
利用雄性不育系進行作物雜種優(yōu)勢育種是提高作物產(chǎn)量的有效方法之一，了解植物雄性不育的機理是充分利用作物雜種優(yōu)勢的前提基礎(chǔ)。大豆雄性不育主要包括細胞質(zhì)雄性不育和細胞核雄性不育。雖然大豆細胞質(zhì)雄性不育在三系法雜交育種中取得了巨大成功，獲得了一批可以商業(yè)化生產(chǎn)的雜交大豆品種，但由于該體系的復(fù)雜性、耗時性及低效率性，依舊無法大規(guī)模商業(yè)化利用。由于缺乏適于大豆雜交種生產(chǎn)的不育系，導(dǎo)致大豆到目前為止依然是沒有大規(guī)模利用雜種優(yōu)勢的作物之一。近幾年，以隱性細胞核雄性不育為核心并結(jié)合SPT技術(shù)的第三代雜交育種技術(shù)已經(jīng)在玉米、水稻等作物中得到成功應(yīng)用，并展現(xiàn)出組合自由、育性穩(wěn)定、可以有效保持和繁殖植物隱性核不育材料等優(yōu)點，在作物雜交育種和生產(chǎn)中具有重要的實用價值。但由于大豆缺乏可以克隆的細胞核雄性不育基因，導(dǎo)致該技術(shù)還沒有應(yīng)用在大豆雜交種的生產(chǎn)中。
圖1 CRISPR/Cas9誘導(dǎo)的Gmams1純合編輯突變體的表型
近日，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所馮獻忠團隊在The Crop Journal在線發(fā)表了題為“ Generation of male-sterile soybean lines with the CRISPR/Cas9 system ”的研究論文（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214514121001082）。通過CRISPR/Cas9技術(shù)對大豆中的AMS同源物進行了靶向編輯來創(chuàng)制穩(wěn)定的大豆細胞核雄性不育系。利用CRISPR/Cas9技術(shù)對GmAMS1的靶向編輯導(dǎo)致在大豆中產(chǎn)生了雄性不育的表型，而GmAMS2的靶向編輯未能獲得雄性不育系。GmAMS1不僅影響花粉壁的形成，還在絨氈層的發(fā)育過程中也起著關(guān)鍵的作用，它可以通過調(diào)節(jié)細胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)來控制大豆絨氈層的發(fā)育和降解。該研究結(jié)果表明CRISPR/Cas9系統(tǒng)可以在短時間內(nèi)創(chuàng)制穩(wěn)定的大豆細胞核雄性不育突變體，加速大豆細胞核雄性不育系的育種周期，為第三代大豆雜交育種體系提供新的雄性不育種質(zhì)資源。
東北地理所陳笑博士為該論文第一作者，馮獻忠研究員為論文通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃(2016YFD0101900 & 2016YFD0100401)等項目的資助。
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