植物生物技术杂志:“二合一”快速育种新策略报道

来源：遗传和发育生物学研究所，2022-03-02 08336001

中国科学院遗传与发育生物学研究所曹旭研究组在《植物生物技术杂志》在线发表了一篇题为“二合一育种策略助推野生物种和优良品种的快速利用”的论文。本研究报道了“二合一”快速育种。

中国科学院发育生物学研究所曹旭研究组在《植物生物技术杂志》上发表了一篇题为“二合一育种策略促进野生物种和优良品种的快速利用”的论文。本研究报道了"二合一"快速育种新策略，将全新的全新驯化育种方法与经典杂交育种技术相结合，优势互补，实现了番茄耐逆性状的快速导入和多样化种植模式的"一键式"创建，为高效快速利用优良野生资源和栽培种质，培育适应环境的作物和多样化种植模式提供了新思路。

全球气候变化导致极端天气频发，威胁现代农业发展和国家粮食安全。经过长期人工育种，大部分作物实现了高产优质性状的聚合，但遗传多样性下降，复杂性状的育种遇到瓶颈，难以适应未来气候变化和频繁的极端天气。基因编辑技术的发展使快速准确育种成为可能，但快速创造由多个数量性状位点决定的复杂农艺性状，如环境适应和耐受性等，仍极具挑战性。特别是在基因敲入或敲出方面缺乏高效的植物基因编辑工具，导致很多复杂性状难以通过基因编辑创造出来。野生植物经历了长期的自然选择和环境适应进化，具有天然的环境适应性和抗逆性。现代栽培品种，经过长期人工育种，具有优良的产量和品质性状，它们的“完美结合”是未来作物的显著特征。传统育种可以通过杂交将野生物种的抗逆性渗透到栽培物种中。然而，由于野生物种的繁殖障碍、生长习性的巨大差异、人工阉割栽培物种的劳动和时间成本等多重因素，这种基因渗透的过程费时费力。

曹旭课题组将利用全新的驯化育种方法和杂交育种的经典技术，取长补短，优势互补，提出了“二合一”快速育种的新策略。在该策略中，通过基因编辑技术在番茄栽培品种中快速创建雄性不育系，降低了杂交所需的劳动力成本。驯化耐逆性优良的野生物种，可以降低性状引入的时间成本，实现野生物种与栽培物种优良性状整合和种质资源高效利用的“双减”，加快耐逆育种进程。

本研究选择经典栽培番茄品种Ailsa Craig(AC)作为亲本材料，利用CRISPR/Cas9敲除番茄小孢子时期特异表达的编码基因SlLAP3，创造雄性不育材料，并证实该材料的生长发育、产量和品质等农艺性状除育性外不受影响。为了获得优良的抗逆性状，选择来源于秘鲁海滨重度盐碱地的野生醋栗番茄(Solanum pimpinellifolium)作为供体。利用多目标基因组编辑系统，对实验室早期鉴定的番茄开花和株型从头驯化模块——自剪枝5G (SP5G)和自剪枝(SP)基因进行同步靶向，快速创建了光周期不敏感、果实同步成熟、株型紧凑的从头驯化系，克服了野生番茄生长习性的差异，保持了其耐重度盐和高抗病性的优良特性。当从零开始驯化的皮条客品系与AC雄性不育系杂交时，F1植株与其亲本相比表现出中间表型。在F2分离群体中，获得了具有母本产量和品质性状、父本耐盐碱能力强、抗病性强的植株。同时，F2分离群体还可以分离获得sp、sp5g、sp sp5g三种突变组合的菌株，表现出不同的株型，适用于露地栽培、温室栽培、植物工厂化栽培等多种种植模式。本研究通过整合从头驯化和快速创造雄性不育系，实现了优良野生和栽培种质资源开发利用和种质创新中人工和时间成本的“双降”，而驯化基因模块的多元化分离实现了种植方式的“多增”。(100yiyao.com)

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