科研｜安徽省农科院水稻所在水稻显性核不育基因SMS的克隆及功能研究方面取得新进展

杂交水稻的出现及发展，极大提高了我国及世界的粮食自给能力。但目前杂交水稻育种普遍存在恢复系亲本育种周期较长、遗传背景单一、成本较高的问题，轮回选择育种能较好应对上述难题。而轮回亲本的选择是该育种方法成败的关键，恰恰显性核不育材料正是“天然的”轮回亲本。

项目组在2004年引进了三明显性核不育（SMS，Sanming dominant male sterility）材料，材料编号SC316。通过SC316与9311、轮回422等材料进行杂交，经过8代回交选择，在2009年获得2个不同背景的显性核不育近等基因系，分别命名为“9311-SMS”和“轮回422-SMS”。

2010年项目组通过群体内自交构建了9311-SMS的F1分离群体，利用分离出的不育株将SMS基因定位在57.7 kb范围内。通过测序及表达量分析，预测ORF9和ORF6可能为候选基因。其中ORF9表达量较高，启动子有明显的去甲基化，优先对该候选基因的功能进行了研究。通过转基因过表达该基因，获得了基因表达量不同，对应表现不同程度育性的株系。通过基因编辑技术敲除该基因的F1群体，T0和T1代中的不育株，育性得到了恢复，表明ORF9即是SMS基因。进一步研究发现，SMS不育机理可能是由于一段来源于粳稻的片段，通过同源重组及修饰后引发的，该片段涵盖ORF9及ORF6。

SMS基因的解析，可实现在F1代进行早代选择达到缩短育种周期的目的，推动基于显性核不育系的水稻轮回选择育种进程；通过增加群体内不同优异亲本进行异交，可丰富后代的遗传多样性；不育系自主接受外来花粉不需要人工去雄，显著节省育种成本，对促进常规水稻品种及恢复系选育有着重要意义。

该研究结果以封面文章的形式发表在《Science China-Life Science》（2022年影响因子9.1，中科院1区TOP期刊）。水稻所为第一作者单位，水稻所功能基因开发团队杨亚春副研究员、李浩研究员，中科大博士后张乘为共同第一作者，水稻所杨剑波研究员及中科大丁勇教授为共同通讯作者。水稻所台德卫副研究员、倪大虎研究员等参与了部分研究工作。研究得到了合肥综合性科学中心大健康研究院遴选项目、安徽省重点研发计划、国家自然科学基金重点计划等项目的资助。

论文相关信息：https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-023-2457-7

■  来源：安徽省农业科学院

■  采编：姜姜

■  排版：姜姜