神奇“国宝级”小麦绽放异彩

4月28日，国际著名学术期刊《自然通讯》发表了中国科学家在小麦研究领域的一项重要成果：山东农业大学付道林教授领衔的科研团队在太谷核不育小麦研究方面取得重大突破，成功克隆了太谷核小麦雄性不育基因，并对其机理进行了探讨。

获知这一消息，84岁的小麦育种专家孙兰珍教授兴奋地说：“这项成果将对改善小麦育种手段，提高育种的针对性和成功率产生重要影响。”

神奇“国宝级”小麦的协作攻关

杂种优势是生物界的普遍规律，小麦的杂种优势利用也受到高度重视。我国由中国农科院牵头组织了全国大协作，协同攻关。

1972年，山西太谷县农民技术员高忠丽在小麦大田中发现了一株雄性不育株，并保存下来。中国农科院邓景阳博士研究确定，该不育株是世界上在小麦中首次发现的天然突变体，其不育性受显性雄性不育单基因控制，并将其命名为太谷核不育小麦。在育种界，太谷核不育小麦被视为“国宝”。

截至2009年，全国已基于太谷核不育小麦建立相关协作单位及科研人员研发的矮败小麦轮选群体210个，育成品种42个，推广面积1.85亿亩，增产小麦56亿公斤。

1970年，山东农业大学孙兰珍教授开始相关科研攻关，并于1990年育成了鲁麦15号新品种，这也是利用太谷核不育小麦在全国育成的第一个冬小麦品种。

2000年，孙兰珍团队在国家自然科学基金资助下，开展“国宝级”基因太谷核不育小麦Ms2基因的遗传标记研究。但由于难度大，研究举步维艰，距实现基因克隆的要求还有差距。

扎实推进“国宝级”小麦基因克隆攻关

付道林是山东农大农学专业1994届毕业生，2007年被评为美国加州大学戴维斯分校优秀博士后，在小麦基因克隆研究方面成绩突出。2008年，付道林受邀从美国来到山东农大工作，成为“泰山学者”特聘教授。

得知孙兰珍教授长期从事太谷核不育小麦基因的利用研究后，付道林主动联系他，表示要为这项研究尽自己的力量。孙兰珍十分高兴，提供了多年育成的太谷核不育小麦和研究资料。2010年，付道林团队开始利用图位克隆技术进行Ms2基因的克隆研究。

小麦基因的图位克隆研究具有相当的不可预见性。为保证研究路线正确，付道林严格遵循小麦图位克隆技术要求，稳扎稳打、一步一个脚印向前推进。团队建立了Ms2基因的多个定位群体，开展了该基因的遗传定位。

到2013年初，研究取得进展，将Ms2基因定位于一个非常小的遗传区间，这让团队成员信心大增。2014年，付道林团队申请到了国家自然科学基金资助。

成功克隆太谷核不育基因

“小麦上图位克隆成败的关键，取决于是否能够建立目标基因所在区域的物理图谱。”付道林说。为此，团队专门投资构建了“矮败鲁麦15”的基因组人工染色体文库。他们还利用Ms2区域的特异标记，筛选并获得了8个阳性克隆，成功建立了Ms2区域的物理图谱，分离到太谷核不育Ms2基因，并通过反向遗传学验证了该基因的功能。2015年6月，山东农大向国家知识产权局提交了该基因的发明专利申请。

“在这项科研攻关中，研究生是工作的主力。”付道林说。为了完成研究，博士生倪飞一再延期毕业，在这个项目上整整做了6年。倪飞和齐娟两名学生密切配合，共同承担艰巨的基因克隆任务，并带领其他学生联合攻坚。王树芸等负责遗传转化，吕波等负责突变体分析，郝群群负责蛋白互作研究，科学的分工协作提高了研究效率。

“Ms2基因的获得，对于植物分子育种，尤其是重要粮食作物的杂交制种意义重大。”付道林说，希望能组织科研力量进一步拓展太谷核不育基因Ms2的应用空间，发挥自主知识产权基因的长远应用价值，让“国宝级”小麦绽放异彩。