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科学家成功克隆与解析小麦太谷核不育基因

本报讯 太谷核不育小麦是我国科技职员高忠丽于1972年在山西太谷发明的一个显性核不育小麦材料,是由单显性核基因节制的自然突变体,其特征是雄性败育稳定彻底,不受情况前提影响,异交结实率高。它是进行小麦循环选择的抱负材料。

中国农业科学院作物科学钻研所(以下简称作科所)自上世纪就开始了对太谷核不育材料的钻研,且硕果频出。作科所钻研员刘秉华经由过程杂交构建了矮秆基因和太谷核不育基因慎密连锁的矮败小麦,该材料的使用大年夜大年夜前进了小麦育种效率。

作科所钻研员贾继增、孔秀英钻研团队对该基因的克隆事情已开展了近20年,近期在克隆与解析小麦太谷核不育基因Ms2方面得到冲破性进展。今年4月24日,孔秀英在第13届国际小麦遗传大年夜会上应邀作了大年夜会申报,首次公开报道了该基因。相关钻研论文已于近期在Nature Communications颁发。文章以作科所为第一完成单位,作科所夏川、张立超、邹枨为合营第一作者,孔秀英和贾继增为合营通讯作者。山东农业大年夜学付道林课题组也克隆了该基因并在同一杂志颁发。

太谷核不育基因Ms2的克隆存在3个伟大年夜的寻衅:一是Ms2所在的4D染色体是小麦21条染色体中多态性最低的一条染色体;二是矮败小麦中Ms2基因所在区段重组率异常低;三是2012年之前无小麦参考基因组序列颁发。矮败小麦是一个抱负的循环选择育种材料,但该材料不得当用于Ms2基因的图位克隆。钻研团队最初选择了用矮败小麦构建图位克隆的群体,本想“两全其美”。然而当染色体步移到必然水日常平凡,发明再也无法继承提高。

进一步钻研才发明,这是因为矮秆基因所在基因组片段是一个1Mb以上的串联重复,导致该区段的重组被严重抑制。为了增添4DS染色体的多态性及前进太谷不育基因区段的重组率,钻研职员又用正常株高的太谷核不育材料与多样性高的人工合成小麦Am3杂交,从新配制分离群体,办理了重组问题与多样性低的问题。为了办理参照基因组的问题,他们绘制了小麦D基因组的框架图,使得小麦太谷核不育基因克隆的速率得以大年夜幅度提升,终极成功地克隆了Ms2基因。

钻研发明,该基因没有守旧的功能布局域,是仅存在于小麦族物种中的“孤儿”基因;Ms2的孕育发生经历了一个对照繁杂的进化历程;一个新的非自立型的TRIM反转录转座子插入到Ms2基因的启动子区,激活了该基因并使其在花药中特异表达,导致不育表型的孕育发生;Ms2-TRIM插入只影响基因的表达,这与该团队曩昔在矮秆基因Rht3中剖断的CAAS-TRIM插入引起基因布局改变不合,注解TRIM插入到基因相近增添了基因新功能和表型的可塑性;D基因组的Ms2-TRIM可能来自B基因组的5BL;该钻研结果注解小麦多倍体化和富含转座子的特征为孕育发生新的表型供给了富厚的遗传变异根基。

该钻研获得了国家重点研发计划、转基因生物新品种培植重大年夜专项、国家重点根基钻研成长计划(“973”计划)、国家“863”计划和中国农业科学院科技立异工程等项目资助。(王方)

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