安徽農(nóng)業(yè)大學王曉波課題組克隆出大豆細胞核雄性不育基因GmMs1

大豆是我國重要糧食和經(jīng)濟作物，也是國內(nèi)進口量最大的糧食作物。如何在有限的面積上提高單產(chǎn)已成為當務之急。雄性不育在作物雜種優(yōu)勢利用和提高產(chǎn)量方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。大豆是自花授粉作物，也具有明顯的雜種優(yōu)勢，雜交種單產(chǎn)可提高15%～20%。迄今國內(nèi)外已開展了一系列的大豆核不育基因研究，多集中在雜種優(yōu)勢利用及遺傳機理研究，但鮮見基因克隆的報道。我國已將大豆核不育系成功應用于輪回選擇群體創(chuàng)制和新品種選育。由于育性基因尚未克隆，限制了核不育（NMS）系統(tǒng)進一步在大豆雜交種生產(chǎn)中的開發(fā)應用。

近日，安徽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院王曉波課題組與中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所合作在中科院1區(qū)期刊Journal of Integrative Plant Biology（JIPB）發(fā)表題為“encodes a kinesin-like protein essential for male fertility in soybean ()”（DOI: 10.1111/jipb.13110）的研究論文。

該研究利用SLAF_BSA精細定位了基因，結(jié)合第三代測序技術(shù)和代謝組學技術(shù)，發(fā)現(xiàn)大豆細胞核雄性不育系中一個大片段（16.15 kb）缺失與不育性密切相關(guān)，該區(qū)間內(nèi)包含5個蛋白編碼基因。研究發(fā)現(xiàn)，這些基因的轉(zhuǎn)錄本在不育系中無擴增產(chǎn)物，而在可育系中有目標擴增產(chǎn)物。利用CRIPSR/Cas9對編碼微管馬達驅(qū)動蛋白（NACK2）基因進行靶向敲除，使栽培大豆品種中品661產(chǎn)生了與不育系相同的不育表型，成功證明了該基因是控制大豆核育性的功能基因。代謝組學研究進一步揭示了苯丙烷、植物激素以及淀粉和蔗糖等多種代謝途徑紊亂是導致大豆細胞核雄性不育的主要原因。大豆細胞核雄性不育基因的成功克隆，為針對大豆基因組結(jié)構(gòu)變異的功能基因挖掘提供了新思路，為系統(tǒng)開展高效大豆“智能不育系”構(gòu)建和基于細胞核雄性不育的大豆雜交制種技術(shù)研發(fā)奠定了基礎(chǔ)，對于將雜種優(yōu)勢應用于提高我國大豆單產(chǎn)水平具有重要的理論和科學價值。