近日，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所利用CRISPR技術(shù)編輯小麥 Ms2 基因，徹底恢復(fù)了矮敗小麥育性，為從優(yōu)良矮敗小麥群體和太谷核不育小麥群體中培育小麥新品種奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《植物生物技術(shù)雜志（Plant Biotechnology Journal）》上。
據(jù)葉興國研究員介紹，不育系是選育小麥新品種和利用小麥雜種優(yōu)勢的重要材料。太谷核不育小麥和矮敗小麥是我國特有的種質(zhì)資源，其不育性由位于小麥4DS染色體上的顯性基因 Ms2 控制，雜交后代中分離出50%可育株和50%不育株。利用矮敗小麥和太谷核不育小麥進行輪回選擇育種，已經(jīng)培育了多個優(yōu)良小麥品種。但是，小麥新品種只能從輪回選擇群體衍生的優(yōu)良可育材料中選擇，優(yōu)良不育材料由于育性分離不能直接用于育種選擇。
研究團隊根據(jù) Ms2 基因序列設(shè)計了編輯靶點，構(gòu)建了由 TaU3 啟動子調(diào)控的表達載體，以矮敗濟麥22與濟麥22授粉后的雜種幼胚作為受體材料，利用農(nóng)桿菌介導的小麥CRISPR/Cas9體系編輯 Ms2 基因，獲得了候選編輯植株。進一步對表現(xiàn)矮稈的候選編輯植株進行PCR/RE檢測和測序分析，篩選到編輯植株，編輯效率9.0%。分子檢測、細胞學和表型觀察發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)矮稈的編輯植株攜帶 Rht10 基因，小花中含有完整花藥，花粉粒具有正?；钚?，正常結(jié)實。T1代編輯群體中，75%的植株表現(xiàn)為矮稈、可育，另外25%的植株由于 Rht10 基因的分離表現(xiàn)為高稈、可育。研究結(jié)果表明，利用基因編輯技術(shù)和染色體消除技術(shù)可以徹底恢復(fù)優(yōu)良矮敗小麥、太谷核不育小麥，以及攜帶 Ms2 基因小黑麥和硬粒小麥等不育材料的育性，培育具有優(yōu)良農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀和生物及非生物抗性的麥類作物新品種。
小麥 Ms2 基因編輯突變體獲得、檢測和表型鑒定
該研究得到國家重點研發(fā)計劃和中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項目資助。
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