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科學家研發新型番茄雄性不育系統用于雜交種子生產
發布時間:2020-02-28  【字體: 】 【來源:中國科學院】 【打印本頁】 【關閉窗口】 閱覽:9次

番茄作為一種嚴格的自花授粉作物,具有明顯的雜種優勢,番茄生產基本上都是應用雜交種。目前番茄的雜交制種以人工去雄授粉的方式進行,存在制種成本高、雜交種純度難保證等風險。利用雄性不育系做母本進行雜交種子生產,可減少人工去雄勞動量,從而降低成本并提高種子純度以及避免親本流失。自然發現的番茄雄性不育系多數是隱性核不育系,轉育過程長并難以找到有效保持系,制約了在番茄雜交制種中的應用。

2020年1月10日,The Plant Journal在線發表了中國科學院遺傳與發育生物學研究所李傳友團隊和北京市農林科學院蔬菜研究中心李常保團隊合作完成的題為A Biotechnology-based Male Sterility System for Hybrid Seed Production in Tomato的研究論文。該研究提出了一種利用生物技術對番茄骨干自交系快速創制相應的番茄雄性不育系和保持系,并有效應用于雜交種子生產的策略。

該研究首先在番茄基因組中鑒定到154個在雄蕊中特異表達的基因,選取其中的一個基因SlSTR1作為靶標基因。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術對番茄骨干自交系TB0993的SlSTR1基因進行定向敲除,一年內快速創制出TB0993背景的雄性不育系。進而將正常功能的SlSTR1基因和控制花青素合成的SlANT1基因連鎖在一起,共同轉回到雄性不育系中,從而獲得了紫色的育性恢復的保持系。

當以不育系為母本,雜合保持系為父本進行雜交,其子代將按1:1比例分離出轉基因的保持系(紫色)和非轉基因的不育系(綠色)。非轉基因的不育單株很容易通過幼苗顏色挑選出來并用于雜交種子生產。

該雄性不育制種系統主要具有以下優勢:①雄性不育系是由核基因隱性突變造成,理論上任何雄性可育的自交系都可以作為父本恢復系,使得雜交種配組時的父本選擇不受限制;②雄性不育系是通過CRISPR/Cas9基因編輯技術創制,短期內可在多個骨干自交系中重現,省時省力且無連鎖累贅;③紫色保持系和雄性不育系雜交可以大量繁殖不育系,并可通過幼苗顏色準確鑒定不育株用于雜交種子生產;④盡管紫色保持系是通過轉基因手段創制,但用于雜交制種的不育系并不含任何轉基因成分;⑤該研究策略很容易復制推廣到其他蔬菜、花卉等園藝作物,具有廣闊的應用前景。

該研究主要受“十三五”國家重點研發計劃“蔬菜雜種優勢利用技術與強優勢雜交種創制”的資助。北京市農林科學院蔬菜中心原助理研究員杜敏敏、中科院遺傳發育所博士研究生周科、浙江農林大學講師劉圓圓和遺傳發育所助理研究員鄧磊為該文章的共同第一作者;杜敏敏、李傳友和李常保為該文章的共同通訊作者。

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