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关于大豆细胞核雄性不育系的研究取得突破

2021.6.18

　　利用雄性不育系进行作物杂种优势育种是提高作物产量的有效方法之一，了解植物雄性不育的机理是充分利用作物杂种优势的前提基础。大豆雄性不育主要包括细胞质雄性不育和细胞核雄性不育。虽然大豆细胞质雄性不育在三系法杂交育种中取得了巨大成功，获得了一批可以商业化生产的杂交大豆品种，但由于该体系的复杂性、耗时性及低效率性，依旧无法大规模商业化利用。由于缺乏适于大豆杂交种生产的不育系，导致大豆到目前为止依然是没有大规模利用杂种优势的作物之一。近几年，以隐性细胞核雄性不育为核心并结合SPT技术的第三代杂交育种技术已经在玉米、水稻等作物中得到成功应用，并展现出组合自由、育性稳定、可以有效保持和繁殖植物隐性核不育材料等优点，在作物杂交育种和生产中具有重要的实用价值。但由于大豆缺乏可以克隆的细胞核雄性不育基因，导致该技术还没有应用在大豆杂交种的生产中。

　　图1 CRISPR/Cas9诱导的Gmams1纯合编辑突变体的表型

　　近日，中国科学院东北地理与农业生态研究所冯献忠团队在The Crop Journal在线发表了题为“ Generation of male-sterile soybean lines with the CRISPR/Cas9 system ”的研究论文。通过CRISPR/Cas9技术对大豆中的AMS同源物进行了靶向编辑来创制稳定的大豆细胞核雄性不育系。利用CRISPR/Cas9技术对GmAMS1的靶向编辑导致在大豆中产生了雄性不育的表型，而GmAMS2的靶向编辑未能获得雄性不育系。GmAMS1不仅影响花粉壁的形成，还在绒毡层的发育过程中也起着关键的作用，它可以通过调节细胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)来控制大豆绒毡层的发育和降解。该研究结果表明CRISPR/Cas9系统可以在短时间内创制稳定的大豆细胞核雄性不育突变体，加速大豆细胞核雄性不育系的育种周期，为第三代大豆杂交育种体系提供新的雄性不育种质资源。

　　东北地理所陈笑博士为该论文第一作者，冯献忠研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划(2016YFD0101900 & 2016YFD0100401)等项目的资助。

大豆育种雄性不育

植物代谢研究

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