不育变可育中国科学家通过基因编辑恢复矮败小麦育性
不育系的发现和利用,极大地推进了杂交育种和杂种优势利用育种的进程,特别是在水稻育种中杂种优势明显,发挥了巨大的作用,上世纪,袁隆平培育了三系杂交水稻,通常提高了稻产量20%,最初发现了不育系水稻材料,
除了自花授粉的小麦、水稻、大豆等作物外,玉米育种等异花授粉作物中不育系也被广泛利用,叶兴国表示“主要是省去人工脱雄的工作,没有不育系的话育种需要人工脱雄,这个工序非常繁杂,同时完全的脱雄。
矮败小麦,我国特别有质量资源
小麦育种中,不育系材料主要用于通常的杂交育种,叶兴国解释说“不育系可以省去脱雄工序,像异花授粉作物一样开放接收其他品种的花粉,进行轮回选择,扩大了变异范围和选择范围。”
太谷核不育小麦和矮败小麦是中国特有的品质资源,在小麦育种中应用极为广泛。其中太谷核不育小麦是20世纪70年代科学家偶然在田间发现的,矮败小麦是一系列不同遗传背景的矮棒,是自身雄性不育(无花药)的小麦材料。
过去几十年来,中国科学家利用矮败小麦和太谷核不育小麦进行轮回选择育种,已培育出许多优良小麦品种。
但是,在育种过程中,科学家们发现,矮败小麦与高茎小麦杂交后,下一代一半的植株依然是矮败小麦,表现为矮茎、不育,需要继续授粉。另一半植株的育性恢复,表明高茎、可育。叶兴国解释说“在可培育的一半植株中,如果发现性状好的个体,就可以选育成优良的新品种。”因为可以培育,所以可以直接成为种子。问题是,如果在不育的一半菌株中发现性状好的东西怎么办?正常情况下,它依然是不育材料,不能作为新品种培育”。
右侧是分离的可育株,在左侧的矮败小麦授粉后,在杂交后代中总是分离出一半的矮败小麦(左,不能用于育种选择)和高茎可育小麦(右,可以用于育种选择)。中国农业科学院供图
新技术使不育成为可能
从80年代中期到90年代末期,科学家们通过细胞遗传学技术和回交育种技术,控制太谷核不育小麦的不育基因,培育出标记太谷核不育株的矮败小麦。
叶兴国说“在前人的研究中,发现其不育性受小麦4DS染色体上的显性基因Ms2控制,2017年克隆了Ms2基因。因此,研究小组在上述工作的基础上,利用基因编辑技术和基因转换技术,对Ms2基因进行性修饰。研究结果表明,优良的矮败小麦、粗可以彻底恢复。
谷核不育小麦、具有Ms2基因的小黑麦和硬粒小麦等不育材料的育成性”。
这意味着,如果矮败小麦与其他高茎小麦杂交,后代中不育的一半出现性状好的不育群,就可以通过遗传操作技术培育不育,从中直接培育优良品种。
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