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百家乐导航:技术“一步到位” 杂交小麦育种产业化再下一城

时间:2021/1/13 12:04:19  作者:  来源:  查看:1  评论:0
内容摘要:  种植杂交小麦被认为是今后大幅提升全球小麦产量的首选途径之一。据预测,如果杂交小麦推广应用达到杂交水稻同等水平,我国每年可新增小麦产量约1200万吨(按照中国小麦年总产量1.2亿吨,10%增产来估算),将对保障国家粮食安全具有重大意义。但是,同为世界三大粮食作物之一的小麦,受基...
  种植杂交小麦被认为是今后大幅提升全球小麦产量的首选途径之一。据预测,如果杂交小麦推广应用达到杂交水稻同等水平,我国每年可新增小麦产量约1200万吨(按照中国小麦年总产量1.2亿吨,10%增产来估算),将对保障国家粮食安全具有重大意义。但是,同为世界三大粮食作物之一的小麦,受基因组复杂性(异源六倍体)所限,其杂交育种长期停滞不前。同时,制种成本过高也大大制约着杂交小麦的产业化推广。

  先正达集团北京创新中心资深研究员吕建团队1月11日告诉科技日报记者,他们与先正达种业科学家蒂姆·凯勒赫尔(Tim Kelliher)团队合作,不久前在《自然·生物技术》发表了一项研究成果:团队开发出首个可商业化使用的父本单倍体诱导技术,这一技术可以大大减少三系小麦(细胞质雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢复系)杂交制种成本。

  拟南芥的父本单倍体诱导在小麦上复制

  三系小麦杂交制种技术被广泛应用于杂交小麦生产。在使用三系小麦杂交制种技术时,需要将不是不育系的材料转换成细胞质雄性不育背景,其本质是以新材料的细胞核替换原有雄性不育系材料的细胞核,同时保有原有不育系材料的雄性不育细胞质。但这一项操作让三系小麦杂交制种成本居高不下。

  “这在动物细胞上很容易实现,可以通过显微操作将原来细胞的细胞核移出,或是通过化学处理将原有细胞核破环,然后将新细胞核移植到原有细胞质中。”吕建解释,但是,这一方法不能在作物上实现,是因为显微操作需要破坏植物细胞的细胞壁,而去除掉细胞壁的植物细胞很难再生成完整的植株。

  传统方法是将胞质可育品种(B材料)同现有胞质不育系(A材料)进行杂交再进行5—7代的回交,以保证最终的材料细胞核中绝大部分是来自B材料的基因组。显而易见,这种方法既耗时又浪费资源。

  而且,通过上述传统方法得到的最终材料,同原有B材料在基因组上并不是百分之百等同。

  为此吕建团队开发了一步胞质不育系转育技术。这是基于父本单倍体技术,将不育系开发成父本单倍体诱导系,将待转育的材料诱导父本单倍体,再利用单倍体加倍技术实现胞质不育的一步转育。

  然而,可用于父本单倍体诱导的基因很少,拟南芥的CENH3基因被公认为是父本单倍体诱导技术突破的关键基因。但是,众多科学家花费了巨大的努力尝试在其他作物上重复拟南芥CENH3基因父本单倍体诱导技术的成功,都以失败告终,以至于科学界一度怀疑CENH3基因的父本单倍体诱导是不是只能在拟南芥上实现。

  吕建坚定地认为,CENH3的父本单倍体诱导可以在杂交小麦上实现。他和论文共同通讯作者凯勒赫尔一起,创新性地设计了一对gRNA,只在CENH3基因氮端引入回码突变,不改变羧基段和启动子区域,最终实现了7%的父本单倍体诱导率。

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