安徽农业大学王晓波课题组克隆出大豆细胞核雄性不育基因GmMs1

安徽农业大学王晓波课题组克隆出大豆细胞核雄性不育基因GmMs1

大豆是我国重要粮食和经济作物，也是国内进口量最大的粮食作物。如何在有限的面积上提高单产已成为当务之急。雄性不育在作物杂种优势利用和提高产量方面发挥至关重要的作用。大豆是自花授粉作物，也具有明显的杂种优势，杂交种单产可提高15%～20%。迄今国内外已开展了一系列的大豆核不育基因研究，多集中在杂种优势利用及遗传机理研究，但鲜见基因克隆的报道。我国已将大豆核不育系成功应用于轮回选择群体创制和新品种选育。由于育性基因尚未克隆，限制了核不育（NMS）系统进一步在大豆杂交种生产中的开发应用。

近日，安徽农业大学农学院王晓波课题组与中国农业科学院作物科学研究所合作在中科院1区期刊Journal of Integrative Plant Biology（JIPB）发表题为“encodes a kinesin-like protein essential for male fertility in soybean ()”（DOI: 10.1111/jipb.13110）的研究论文。

该研究利用SLAF_BSA精细定位了基因，结合第三代测序技术和代谢组学技术，发现大豆细胞核雄性不育系中一个大片段（16.15 kb）缺失与不育性密切相关，该区间内包含5个蛋白编码基因。研究发现，这些基因的转录本在不育系中无扩增产物，而在可育系中有目标扩增产物。利用CRIPSR/Cas9对编码微管马达驱动蛋白（NACK2）基因进行靶向敲除，使栽培大豆品种中品661产生了与不育系相同的不育表型，成功证明了该基因是控制大豆核育性的功能基因。代谢组学研究进一步揭示了苯丙烷、植物激素以及淀粉和蔗糖等多种代谢途径紊乱是导致大豆细胞核雄性不育的主要原因。大豆细胞核雄性不育基因的成功克隆，为针对大豆基因组结构变异的功能基因挖掘提供了新思路，为系统开展高效大豆“智能不育系”构建和基于细胞核雄性不育的大豆杂交制种技术研发奠定了基础，对于将杂种优势应用于提高我国大豆单产水平具有重要的理论和科学价值。