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李傳友研究組合作研發新型番茄雄性不育系統用于雜交種子生産

   番茄作爲一種嚴格的自花授粉作物,具有明顯的雜種優勢,番茄生産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産,可減少人工去雄勞動量,從而降低成本並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,轉育過程長並難以找到有效保持系,制約了在在番茄雜交制種中的應用。 

 

  2020110日,The Plant Journal在線发表了中國科學院遗传与发育生物学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团队合作完成的题为“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幹自交系快速創制相應的番茄雄性不育系和保持系,並有效應用于雜交種子生産的策略。 

 

  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作爲靶標基因。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術對番茄骨幹自交系TB0993SlSTR1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複的保持系。當以不育系爲母本,雜合保持系爲父本進行雜交,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顔色挑選出來並用于雜交種子生産(圖1 

 

  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爲父本恢複系,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,短期內可在多個骨幹自交系中重現,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,並可通過幼苗顔色准確鑒定不育株用于雜交種子生産;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並不含任何轉基因成分;5、該研究策略很容易複制推廣到其他蔬菜、花卉等園藝作物,具有廣闊的應用前景。 

 

  本研究主要受“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博士、中國科學院遗传与发育生物学研究所博士研究生周科、浙江农林大学讲师刘圆圆和中國科學院遗传与发育生物学研究所助理研究员邓磊爲該文章的共同第一作者;杜敏敏博士、李傳友研究员和李常保研究員爲該文章的共同通訊作者。 

    

  圖:新型番茄雄性不育系統的創制流程