中國農(nóng)科院作科所供圖
本報訊 太谷核不育小麥?zhǔn)俏覈萍既藛T高忠麗于1972年在山西太谷發(fā)現(xiàn)的一個顯性核不育小麥材料，是由單顯性核基因控制的自然突變體，其特點是雄性敗育穩(wěn)定徹底，不受環(huán)境條件影響，異交結(jié)實率高。它是進(jìn)行小麥輪回選擇的理想材料。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所（以下簡稱作科所）自上世紀(jì)就開始了對太谷核不育材料的研究，且碩果頻出。作科所研究員劉秉華通過雜交構(gòu)建了矮稈基因和太谷核不育基因緊密連鎖的矮敗小麥，該材料的利用大大提高了小麥育種效率。
作科所研究員賈繼增、孔秀英研究團(tuán)隊對該基因的克隆工作已開展了近20年，近期在克隆與解析小麥太谷核不育基因Ms2方面獲得突破性進(jìn)展。今年4月24日，孔秀英在第13屆國際小麥遺傳大會上應(yīng)邀作了大會報告，首次公開報道了該基因。相關(guān)研究論文已于近期在Nature Communications發(fā)表。文章以作科所為第一完成單位，作科所夏川、張立超、鄒棖為共同第一作者，孔秀英和賈繼增為共同通訊作者。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)付道林課題組也克隆了該基因并在同一雜志發(fā)表。
太谷核不育基因Ms2的克隆存在3個巨大的挑戰(zhàn)：一是Ms2所在的4D染色體是小麥21條染色體中多態(tài)性最低的一條染色體；二是矮敗小麥中Ms2基因所在區(qū)段重組率非常低；三是2012年之前無小麥參考基因組序列發(fā)表。矮敗小麥?zhǔn)且粋€理想的輪回選擇育種材料，但該材料不適合用于Ms2基因的圖位克隆。研究團(tuán)隊最初選擇了用矮敗小麥構(gòu)建圖位克隆的群體，本想“一箭雙雕”。然而當(dāng)染色體步移到一定程度時，發(fā)現(xiàn)再也無法繼續(xù)前進(jìn)。
進(jìn)一步研究才發(fā)現(xiàn)，這是由于矮稈基因所在基因組片段是一個1Mb 以上的串聯(lián)重復(fù)，導(dǎo)致該區(qū)段的重組被嚴(yán)重抑制。為了增加4DS染色體的多態(tài)性及提高太谷不育基因區(qū)段的重組率，研究人員又用正常株高的太谷核不育材料與多樣性高的人工合成小麥Am3雜交，重新配制分離群體，解決了重組問題與多樣性低的問題。為了解決參照基因組的問題，他們繪制了小麥D基因組的框架圖，使得小麥太谷核不育基因克隆的速度得以大幅度提升，最終成功地克隆了Ms2基因。
研究發(fā)現(xiàn)，該基因沒有保守的功能結(jié)構(gòu)域，是僅存在于小麥族物種中的“孤兒”基因；Ms2的產(chǎn)生經(jīng)歷了一個比較復(fù)雜的進(jìn)化過程；一個新的非自主型的TRIM反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子插入到Ms2基因的啟動子區(qū)，激活了該基因并使其在花藥中特異表達(dá)，導(dǎo)致不育表型的產(chǎn)生；Ms2-TRIM插入只影響基因的表達(dá)，這與該團(tuán)隊以前在矮稈基因Rht3中鑒定的CAAS-TRIM插入引起基因結(jié)構(gòu)改變不同，表明TRIM插入到基因附近增加了基因新功能和表型的可塑性；D基因組的Ms2-TRIM可能來自B基因組的5BL；該研究結(jié)果表明小麥多倍體化和富含轉(zhuǎn)座子的特點為產(chǎn)生新的表型提供了豐富的遺傳變異基礎(chǔ)。
該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（“973”計劃）、國家“863”計劃和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項目資助。
