湖南杂交水稻研究中心联合湖南农业大学建立细胞质雄性不育系新型工程育种技术

360影视 欧美动漫 2025-05-18 22:38 3

摘要:以细胞质雄性不育(CMS)为遗传基础的三系杂交水稻,因不育系改良周期长使得品种迭代较慢,限制了三系杂交稻的推广。为解决这一问题,我们开发了细胞质雄性不育工程育种技术(CEBT),构建含有育性恢复基因模块Double Rf4-Rf20、分选标记基因DsRed2和

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以细胞质雄性不育(CMS)为遗传基础的三系杂交水稻,因不育系改良周期长使得品种迭代较慢,限制了三系杂交稻的推广。为解决这一问题,我们开发了细胞质雄性不育工程育种技术(CEBT),构建含有育性恢复基因模块Double Rf4-Rf20、分选标记基因DsRed2和花粉致死基因ZmAA1的互补载体,并将其转化到CMS品系中,获得了与野生型植株在主要农艺性状上无明显差异的繁殖系,其自交可产生分离比为 1:1 的工程不育系(ESL)种子和繁殖系种子。CEBT将传统的三系杂交水稻转化为高效的“新两系”,通过对繁殖系的改良也同步实现了不育系的改良,较传统不育系改良方法大幅提高了三系不育系的选育效率。

近日,湖南杂交水稻研究中心李莉研究员课题组联合湖南农业大学袁哲明教授课题组在The Crop Journal在线发表了题为“Establishment of a novel engineering breeding technology for cytoplasmic male sterility”的研究论文。该研究提出的细胞质雄性不育工程育种技术(CEBT)成效显著,不仅能够大幅提高三系不育系的选育效率,同时该体系通过繁殖系自交即可繁殖不育系,大大简化了三系不育系的繁育流程,该技术体系的创制为三系不育系改良提供了高效、可推广的分子策略。

为建立高效的CEBT育种体系,文章首先通过比较Rf4Double Rf4Double Rf4-Rf20三种育性恢复基因模块对WA-CMS的花粉育性恢复情况,优选出使T0代植株花粉碘染率与结实率分别恢复至91.6%和78.2%的基因模块Double Rf4-Rf20。进一步构建含有育性恢复基因模块Double Rf4-Rf20、分选标记基因DsRed2和花粉致死基因ZmAA1的互补载体,分别转化野败型三系不育系金23A和金龙A后创制出繁殖系Jin23A-RAD420与JinlongA-RAD4,其T1代转基因植株的平均结实率稳定至85.3%和87.2%,且通过荧光标记可实现工程不育系(ESL)与繁殖系种子1:1高效分离。随后,利用丰田1A为受体,通过CEBT技术仅用7个育种世代即完成穗形及粒形的改良,较传统方法节约4~5个育种世代。CEBT突破了WA-CMS依赖保持系的限制,将传统的三系杂交水稻转化为高效的“新两系”,大幅提高三系不育系的选育效率,同时简化了三系不育系种子繁殖流程,为三系不育系改良提供了高效、可推广的分子策略。

图1 CEBT 技术的建立及繁殖系的创制

图2 CMS-WA 传统育种过程与工程育种过程的比较

作者和基金项目

湖南农业大学植物保护学院博士许娜,湖南杂交水稻研究中心副研究员余东和博士张龙辉为该文共同第一作者,湖南杂交水稻研究中心/杂交水稻全国重点实验室李莉研究员、宋书锋研究员和湖南农业大学植物保护学院袁哲明教授为共同通信作者。该研究得到农业生物育种国家科技重大专项 (2023ZD04076)、湖南省科技创新计划项目(2024RC1070)、湖南省自然科学基金项目(2023JJ30442)、国家自然科学基金项目区域创新发展联合基金(U24A20396)和湖南创新型省份建设专项经费(2021NK1011)的资助。

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来源:红色之箭

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