作科所通过基因编辑实现矮败小麦育性彻底恢复
近日，中国农业科学院作物科学研究所农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程作物转基因技术与基因编辑创新团队利用CRISPR技术编辑小麦 Ms2 基因，彻底恢复了矮败小麦育性，为从优良矮败小麦群体和太谷核不育小麦群体中培育小麦新品种奠定了基础。相关研究成果于9月24日在国际植物学知名期刊《Plant Biotechnology Journal（植物生物技术杂志）》上在线发表。
不育系是选育小麦新品种和利用小麦杂种优势的重要材料。太谷核不育小麦和矮败小麦是我国特有的种质资源，其不育性由位于小麦4DS染色体上的显性基因 Ms2 控制，杂交后代中分离出50%可育株和50%不育株。利用矮败小麦和太谷核不育小麦进行轮回选择育种，已经培育了多个优良小麦品种。但是，小麦新品种只能从轮回选择群体衍生的优良可育材料中选择，优良不育材料由于育性分离不能直接用于育种选择。
研究团队根据 Ms2 基因序列设计了编辑靶点，构建了由 TaU3 启动子调控的表达载体（图1A和B），以矮败济麦22与济麦22授粉后的杂种幼胚做为受体材料，利用农杆菌介导的小麦CRISPR/Cas9体系编辑 Ms2 基因，获得了候选编辑植株。进一步对表现矮秆的候选编辑植株进行PCR/RE检测和测序分析（图1C和D），筛选到编辑植株，编辑效率9.0%。分子检测、细胞学和表型观察发现，表现矮秆的编辑植株携带 Rht10 基因，小花中含有完整花药，花粉粒具有正常活性，正常结实（图1E-G）。T1代编辑群体中，75%的植株表现为矮秆、可育，另外25%的植株由于 Rht10 基因的分离表现为高杆、可育（图1H）。研究结果表明，利用基因编辑技术和染色体消除技术可以彻底恢复优良矮败小麦、太谷核不育小麦，以及携带 Ms2 基因小黑麦和硬粒小麦等不育材料的育性，培育具有优良农艺性状、品质性状和生物及非生物抗性的麦类作物新品种。
作科所在读博士研究生唐华丽和已毕业博士研究生刘会云为论文共同第一作者，叶兴国研究员和王轲副研究员为论文通讯作者，周阳研究员、刘宏伟副研究员和杜丽璞高级实验师为论文共同作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家转基因重大专项和中国农科院创新工程等项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13482
