千人计划学者创建新型水稻杂交育种技术体系

水稻杂交育种技术为中国乃至世界粮食安全作出了重大贡献，它的发明与应用为中国乃至世界人民摆脱粮食危机带来了福音。尽管我国杂交水稻的研究与应用在国际上占领先地位，但“三系法”受恢保关系的制约而对种质资源利用率低，“两系法”受自然光温影响，不育系在繁殖及保证杂交制种的种子纯度方面存在风险。因此，利用现代分子生物技术，研发对种质资源利用率高、杂交制种安全、配组自由的新型分子设计育种杂交技术已成为我国杂交水稻发展与保持国际领先地位的迫切需求，也是杂交水稻发展的必然趋势。

11月18日，来自深圳市作物分子设计育种研究院的研究人员，成功利用广泛存在的隐性核雄性不育基因构建了一种新型的水稻杂交育种技术体系，这一研究成果发表在美国科学院院刊《PNAS》上。

深圳市作物分子设计育种研究院的邓兴旺（Xing Wang Deng）教授、唐晓艳（Xiaoyan Tang）教授是这篇论文的共同通讯作者。邓兴旺教授是世界著名的生物学家，其长期从事植物分子遗传及生理学方面的研究，多次在Cell、Science、Nature等世界权威刊物上发表学术论文，是2009年中组部“千人计划”引进人才，2013年当选为美国科学院院士。唐晓艳教授于2011年入选中组部“千人计划”，主要研究领域包括水稻功能基因研究、作物分子设计育种、植物及病原体的分子互作等。

杂交水稻优势利用是构建我国粮食安全生产体系的核心技术之一，在杂交育种过程中，不论是“三系法”育种或“两系法”育种，不育系的选育都是关键。然而，我国目前用于生产应用的三系不育系遗传背景单一，恢复系资源狭窄，两系不育系育性受环境条件影响较大，限制了高产优质杂交种的培育和杂交种子生产。水稻中广泛存在的核雄性不育材料，不育性遗传性状稳定，受外界环境条件影响小，在杂交育种和农业生产上都具有十分重要的意义。但是，由于缺乏有效的保持和繁殖技术体系，该类不育材料一直未能在生产上获得充分利用。

在这篇文章中，研究人员通过筛选水稻突变体库获得一个隐性核基因控制的雄性不育突变体，其不育性状是由葡萄糖-甲醇-胆碱（glucose-methanol-choline，GMC）氧化还原酶基因OsNP1 (Oryza sativa No Pollen 1)变异所致。OsNP1在花药的绒毡层和小孢子中特异表达，调控绒毡层的降解和小孢子外壁的形成。突变体的花药呈无粉型败育，而营养生长和其他花器官发育正常，该不育性状对环境条件不敏感。突变体柱头外露率达87-92%，人工赶粉异交结实率超过40%。

该研究利用OsNP1 基因成功构建了一个新型的水稻杂交育种技术体系。将育性恢复基因OsNP1与花粉失活基因ZM-AA1和红色荧光种子标记基因DsRed作为紧密连锁的元件导入突变体中，获得核雄性不育突变体的保持系圳18B。圳18B自交产生非转基因的雄性不育种子（圳18A）和转基因的可育种子（圳18B），分离比例为1:1，这两类种子能够通过荧光筛选机分选出来。圳18B和圳18A杂交可获得高纯度的非转基因雄性不育种子。圳18A与∼1,200个水稻品种进行测配，约85%的F1单株产量有超亲优势，约10%的F1比当地的主要栽培品种高产，说明该技术系统是一个非常有潜力的新型杂交水稻育种和生产技术体系。

同时，该杂交育种技术体系所涉及的不育性状和转基因都是由单位点控制，不受遗传背景及外界环境条件影响，可以通过普通杂交育种手段导入其他品种，高效而有针对性地引入优良性状，形成新的不育系。新型不育系利用自然界普遍存在的隐性核不育基因，丰富了不育系的遗传多样性，提高了杂交育种资源利用率，可实现与多种不同的父本进行杂交测配，从而更容易选育优质高产多抗的杂交品种。（来源：科学网）