山東農業大學付道林教授領銜的科研團隊在太谷核不育小麥研究方面取得重大突破,成功克隆太谷核不育基因並對其機理進行了探討,為將來實現小麥等作物的雜交制種創造了條件。4月28日,國際著名學術期刊《自然通訊》以《小麥Ms2基因編碼的稀有蛋白導致禾本科植物的雄性不育》為題發表了他們的研究成果。
普通小麥屬於自花授粉作物,由於遺傳基礎狹窄,致使高產雜交育種研究的難度非常大,尋找雄性不育遺傳資源是攻克這個難關的首要問題。1972年,山西省太谷縣農業技術員高忠麗在田間發現了一株天然雄性不育小麥。1979年,中國農科院鄧景揚博士將這個小麥命名為“太谷核不育小麥”,並將其不育基因命名為Ta1(國際基因代碼Ms2)。
1981年,中國農科院組織開展太谷核不育小麥的利用研究。到1994年,有關省市利用太谷核不育體系培育出20多個適應性強、高產和優質小麥品種,推廣面積7000多萬畝。上世紀90年代末,中國農科院劉秉華研究員創制出“矮敗小麥”,即矮稈和不育緊密連鎖的太谷核不育小麥,中國農科院又組織了72家育種單位協同攻關矮敗小麥育種技術。截至2009年,全國建立了矮敗小麥輪選群體210個,育成品種42個,推廣面積1.85億畝,增產糧食56億公斤。
太谷核不育基因Ms2屬於“國寶級”基因,為確保我國對該基因的自主知識產權,國家傾注了大量人力和物力來克隆Ms2基因。儘管小麥基因組龐大、基因複雜,Ms2基因克隆難度非常大,但有關科研人員幾十年如一日鍥而不捨地進行攻關。2000年山東農大孫蘭珍團隊在國家自然科學基金資助下,開展Ms2基因的遺傳標記研究；2010年,付道林團隊開始利用圖位克隆技術進行Ms2基因的克隆研究,並在2014年得到國家自然基金資助。
付道林團隊研究人員發現,Ms2不僅可以導致小麥雄性不育,也可以在大麥和短柄草中引起雄性不育的表型。由此說明,Ms2不僅可以在小麥育種或生產中發揮重要作用,也很有可能在其他作物育種中具有重要意義。據介紹,山東農業大學已經針對該基因及其啟動子的應用申請了國際和國內專利。
山東農業大學一直是“太谷核不育小麥”全國大協作的主要參與單位。育種專家孫蘭珍教授帶領團隊開展太谷核不育輔助育種,並於1990年選育出冬小麥品種“魯麥15號”,1995年榮獲國家科技進步二等獎。山東農大作為主要成員也參加了矮敗小麥的協同攻關項目,作為第六位完成單位榮獲2010年度國家科技進步一等獎。付道林說:“通過這一發現,我們期待對提高我國小麥育種水平、提升種業國際競爭力發揮重要作用。”
記者 王亞楠
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