近日，新浪山東從山東農業大學了解到，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并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》(Nature Communications)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》(Wheat Ms2 encodes for an orphan protein that confers male sterility in grass species)為題發表了他們的研究成果。

　　普通小麥屬于自花授粉作物，由于遺傳基礎狹窄，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。因這種小麥具備異花授粉習性，可用于小麥輪回選擇育種，這一發現受到科學家高度重視，并被視為國寶級種質資源。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”，并將其不育基因命名為Ta1(國際基因代碼Ms2)。1981年，中國農科院組織了全國23個省市、44個單位的大協作團隊，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。中國農科院牽頭的“矮敗小麥及其高效育種方法的創建與應用”因此榮獲2010年度國家科學技術進步一等獎。

　　太谷核不育基因Ms2屬于國寶級基因，通過生物技術將該基因用于雜種優勢研究和雜交制種工程，將會對小麥等自花授粉作物的育種產生重大影響。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。盡管由于小麥基因組龐大、基因復雜，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舍地進行攻關。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，并在2014年得到國家自然基金資助。

　　小麥圖位克隆成敗的關鍵取決于能否建立目標基因所在區域的物理圖譜。為此，付道林團隊投資構建了“矮敗魯麥15”的基因組人工染色體文庫，該文庫包括大約70.6萬個單克隆，覆蓋普通小麥基因組5倍左右，是目前我國現存質量較好的普通小麥基因組人工染色體文庫。他們還利用Ms2區域的特異標記，篩選并獲得了8個陽性克隆，成功建立了Ms2區域的物理圖譜，分離到太谷核不育Ms2基因，并通過反向遺傳學驗證了該基因的功能。

　　付道林團隊研究人員還發現，該基因只在減數分裂時期的敗育花藥組織表達，其特異的時空表達模式受到一個反轉錄轉座子(Taigu)的調控。進化分析顯示，Ms2基因屬于小麥族特有的進化產物，只在粗山羊草(Aegilops tauschii)和普通小麥等部分小麥族物種出現。遺傳轉化實驗表明，Ms2不僅可以導致小麥雄性不育，也可以在大麥和短柄草(Brachypoidum)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。

　　太谷核不育小麥是“國寶級”種質資源，太谷核不育基因同樣是國寶級”基因。據介紹，為保證我國的自主知識產權，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。“七五”和“八五”攻關期間，育種專家孫蘭珍教授帶領團隊開展太谷核不育輔助育種，并于1990年選育出冬小麥品種“魯麥15號”。該品種在黃淮麥區累計推廣面積6750余萬畝，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。近年來，山東農大利用太谷核不育小麥又分別選育出“山農22號”、 “山農23號”、 “山農24號”等新品種，在生產上受到歡迎。

　　付道林對記者說：“讓這個國寶級的小麥基因的知識產權掌握在中國人手中，是我們小麥育種研究人員義不容辭的責任。我們期待太谷核不育小麥Ms2基因的克隆和應用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。”

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