近日，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所小麥分子育種創(chuàng)新團隊在中科院一區(qū)TOP期刊Plant Biotechnology Journal(IF=13.263)雜志在線發(fā)表了題為“CRISPR/Cas9-targeted mutagenesis of TaDCL4. TaDCL5 and TaRDR6 induces male sterility in common wheat”的研究論文。

  隨著世界人口的日益增多，到2050年，世界糧食產(chǎn)量需要增產(chǎn)60%以上。小麥?zhǔn)鞘澜缟戏N植范圍最廣和最重要的糧食作物之一。雜交小麥在豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和抗逆等方面綜合表現(xiàn)明顯，其雜種優(yōu)勢率約為3.5-20%。因此，利用雜交育種技術(shù)創(chuàng)制雜交小麥?zhǔn)翘岣咝←湲a(chǎn)量的有效途徑之一。目前，小麥細胞核雄性不育種質(zhì)資源匱乏，已經(jīng)克隆的控制細胞核雄性不育的基因還非常少。

  該研究利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的CRISPR/Cas9系統(tǒng)，對小麥雄蕊發(fā)育相關(guān)phasiRNA合成路徑中的三個關(guān)鍵基因DCL4、DCL5和RDR6進行精準(zhǔn)編輯，創(chuàng)制了新的小麥雄性不育系，并闡明了其造成花粉敗育的原因。研究發(fā)現(xiàn)，DCL4和RDR6基因參與了小麥花粉母細胞的減數(shù)分裂過程，DCL5基因只參與小孢子的發(fā)育過程。通過小分子RNA測序發(fā)現(xiàn)，DCL4和DCL5分別參與了小麥21-nt和24-nt phasiRNA的產(chǎn)生，RDR6同時參與了二者的產(chǎn)生過程。這些phasiRNA的靶基因主要參與小麥的減數(shù)分裂過程、絨氈層的分化和花粉壁的發(fā)育等過程。該研究首次在小麥中從小分子RNA的角度闡述其參與雄蕊發(fā)育的分子機理，為小麥細胞核雄性不育提供了新的基因資源。

  作物研究所的張榮志博士和張淑娟博士為該文共同第一作者，李根英研究員和李玉蓮副研究員為論文的共同通訊作者。該研究得到山東省農(nóng)業(yè)良種工程、國家自然科學(xué)基金、山東省重點研發(fā)計劃(重大科技創(chuàng)新工程)和山東省泰山青年基金的資助。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.14000

2022年1月10日

來源：山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所