近日，中国农业科学院作物科学研究所利用CRISPR技术编辑小麦Ms2基因，彻底恢复了矮败小麦育性，为从优良矮败小麦群体和太谷核不育小麦群体中培育小麦新品种奠定了基础。相关研究成果在线发表在《植物生物技术杂志(PlantBiotechnologyJournal)》上。
研究团队根据Ms2基因序列设计了编辑靶点，构建了由TaU3启动子调控的表达载体，以矮败济麦22与济麦22授粉后的杂种幼胚作为受体材料，利用农杆菌介导的小麦CRISPR/Cas9体系编辑Ms2基因，获得了候选编辑植株。进一步对表现矮秆的候选编辑植株进行PCR/RE检测和测序分析，筛选到编辑植株，编辑效率9.0%。分子检测、细胞学和表型观察发现，表现矮秆的编辑植株携带Rht10基因，小花中含有完整花药，花粉粒具有正常活性，正常结实。T1代编辑群体中，75%的植株表现为矮秆、可育，另外25%的植株由于Rht10基因的分离表现为高秆、可育。研究结果表明，利用基因编辑技术和染色体消除技术可以彻底恢复优良矮败小麦、太谷核不育小麦，以及携带Ms2基因小黑麦和硬粒小麦等不育材料的育性，培育具有优良农艺性状、品质性状和生物及非生物抗性的麦类作物新品种。
小麦Ms2基因编辑突变体获得、检测和表型鉴定
该研究得到国家重点研发计划和中国农科院科技创新工程等项目资助。
据叶兴国研究员介绍，不育系是选育小麦新品种和利用小麦杂种优势的重要材料。太谷核不育小麦和矮败小麦是我国特有的种质资源，其不育性由位于小麦4DS染色体上的显性基因Ms2控制，杂交后代中分离出50%可育株和50%不育株。利用矮败小麦和太谷核不育小麦进行轮回选择育种，已经培育了多个优良小麦品种。但是，小麦新品种只能从轮回选择群体衍生的优良可育材料中选择，优良不育材料由于育性分离不能直接用于育种选择。