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水稻团队克隆水稻光敏感雄性不育基因


文章作者:www.vivapinoy.com 发布时间:2020-01-13 点击:684



我校作物遗传改良国家重点实验室2月1日宣布,经过25年不懈的研究,中国科学院院士张启发研究小组成功克隆并控制了水稻光周期敏感核不育基因pms3。结果在东部时间30日《美国科学院院刊》在线报道。

水稻杂交育种有“三系”和“两系”。为了培育基于光敏核不育水稻的“两系”杂交水稻,不再需要通过保持系培育不育系。1973年,仙桃农业技术推广专家施宋明先生在湖北绵阳(现仙桃)发现了光敏雄性不育水稻“农垦58S”。经过湖北省水稻专家多年的合作研究,证实雄性不育水稻具有长日照不育和短日照育性的育性转换特性。因此,它可以作为不育系和相应的父本品种(恢复系)在长日照条件下的组合来生产杂交种子。短时间内的自花授粉和结果将培育不育系。这种杂交水稻系统被称为“两系”杂交水稻。与传统的“三系”杂交水稻相比,两系杂交水稻简化了杂交育种和制种程序,降低了种子成本,自由组合,能充分发挥杂种优势。因此,光敏核不育水稻被认为是一种极其宝贵的遗传资源。1987年启动的国家863计划,包括利用光敏核雄性不育培育两系杂交水稻,作为其在生物技术领域的主要内容之一。在过去的20年里,两系杂交水稻的栽培和应用取得了辉煌的成就。目前,我国两系杂交水稻种植面积约占杂交水稻种植面积的25%。

自1987年以来,张启发研究小组一直致力于克隆控制水稻光敏核不育的基因。在25年的过程中,他们克服了许多困难,最终克隆了pms3基因。据论文第一作者丁继华博士介绍,控制水稻光周期敏感核育种的pms3基因是一种长链非编码核糖核酸,在pms3间期,光周期敏感核不育水稻与普通水稻品种之间存在碱基突变。这个基因的表达受光周期的调节。在长时间条件下,pms3基因的正常表达对花粉发育至关重要。在长日照条件下的正常水稻中,该基因的表达水平可以保证水稻花粉的正常发育和雄性育性。在光敏核不育水稻中,pms3基因区间的碱基突变导致基因自身启动子区间甲基化修饰,表达水平下降,不能满足水稻花粉发育对表达产物的需求,从而导致长日条件下的雄性不育。

根据张启发的说法,生物基因组的脱氧核糖核酸序列根据它是否编码蛋白质而分为编码序列和非编码序列。长期以来,对生物基因组功能的研究主要集中在编码序列上。随着基因组研究的深入,近年来发现非编码序列发挥了重要作用。然而,目前的研究大多集中在小分子非编码核糖核酸上,长链非编码核糖核酸的研究才刚刚开始。Pms3是在水稻中发现和研究的第一个长链非编码核糖核酸,为植物非编码核糖核酸的功能研究打开了一扇窗。

水稻光敏核不育基因pms3的克隆和功能分析研究结果可直接应用于水稻两系不育系的培育,促进作物杂种优势利用研究的发展。

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