JIPB | 新技术！农科院作科所刁现民课题组成功开发谷子智能不育系统

以下文章来源于JIPB ，作者JIPB

利用杂种优势可以提高作物的产量和品质，而雄性不育系是自花授粉作物杂种优势利用的关键。为了繁殖不育系种子，自花授粉作物中开发了一系列技术，如细胞质雄性不育（Cytoplasmic male sterility, CMS）和环境敏感型细胞核雄性不育（Environment-sensitive genic male sterility, EGMS）等。谷子（Setaria italica）属于禾本科黍亚科狗尾草属，是原产于中国北方的古老作物，在旱作农业中占有举足轻重的地位。谷子具有明显的杂种优势，然而谷子上CMS和EGMS等系统尚未建立，严重影响了其杂种优势利用及杂交育种工作。

JIPB近日在线发表了中国农业科学院作物科学研究所刁现民课题组题为“A straight-forward seed production technology system for foxtail millet (Setaria italica)”的研究论文（‍https://doi.org/10.1111/jipb.13‍503‍）。该研究利用谷子细胞核雄性不育基因SiPKS2成功构建了谷子智能不育系统，同时提出谷子智能不育系统应用新策略。该策略可不经种子分选机分选过程即可实现不育系种子的快速扩繁，从而满足谷子杂交制种需求。

研究人员首先利用SiPKS2、ZmAA1以及DsRed构建了智能不育载体，通过与SiPKS2基因敲除载体共转化野生型谷子，“一步法”获得了谷子智能保持系与不育系。然而由于谷子种子小且被谷壳包裹，DsRed表达的红色荧光作为种子分选标记并不十分有效。而甜菜红素合成系统被视为一种新型的报告系统。该研究在谷子智能不育载体中首次引入甜菜红素合成系统，通过相同的转化策略获得的谷子智能保持系和不育系种子在裸眼条件下就可以进行区分，无需脱壳处理及借助荧光设备，方便种子分选。研究人员进一步根据谷子穗部的生物学特点，发现可育株和不育株在花期和成熟期能很容易的人工区分，通过开放授粉从可育株上收获的种子即为保持系，而不育株收获的种子为不育系种子可用于扩繁不育系或者杂交制种，从而建立了利用可育株对不育株进行授粉的不育系繁殖策略。因此该研究为谷子及其他高繁殖系数作物智能不育系统的利用提供了全新应用思路。

刁现民研究员课题组近年来在谷子基因功能解析方面取得了一系列进展，先后揭示了谷子披垂叶的分子机制及其短日植物光周期属性的决定因子（Zhao et al., 2020；Wang et al., 2022）。在此前的工作中克隆了谷子上第一个雄性不育基因SiNP1（Zhang et al., 2021）。这篇论文进一步构建了谷子智能不育系统，对于提升谷子杂种优势利用水平具有重要意义，同时也对小粒高繁殖系数作物的杂种优势利用有指导意义。

博士后张伟为论文第一作者，刁现民研究员为通讯作者。作科所的谢传晓研究员和吴传银研究员也参与了该项研究工作。该研究得到国家自然科学基金（32241042，31771807）、中国博士后科学基金（2022M723443）和国家现代农业产业技术体系（CARS-06-04）的资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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