生物所為陸地棉找回花瓣基斑形成基因

 近日,生物所作物生物技術育種創新團隊通過重塑陸地棉花瓣基斑,提高傳粉昆蟲到訪率,為提升棉花三系雜交制種效率提供了新思路。相關研究成果發表在《植物生物技術雜志 (Plant Biotechnology Journal)》上。

三系雜交技術是作物育種史上的重大突破,促進了作物產量的飛躍。由于雜種優勢的利用,三系雜交棉可以大幅提高纖維產量和品質、快速聚合抗性性狀,是棉花產業“提質增效”的重大關鍵技術。本世紀初,作物生物技術育種創新團隊合作創制了三系抗蟲棉育種體系,并育成銀棉2號等國審三系雜交棉品種,增產20%左右。但是由于棉花花期持續時間達30天以上,不能集中授粉,近年來持續升高的人工成本不斷推高雜交制種成本,成為棉花三系技術利用的障礙。

本研究從海島棉中克隆到一個控制瓣基斑形成的關鍵基因GbBM,該基因在陸地棉進化過程中發生突變而失去功能。研究發現,GbBM通過直接與黃酮類物質合成基因GbCHS、GbFLS、GbDFRGbANS啟動子結合,進而調控花瓣基斑的形成。利用該基因恢復陸地棉花瓣基斑性狀后,可以顯著提升傳粉昆蟲到訪率,并提高三系雜交種的產量。該研究為加強昆蟲傳粉提升雜交種制種效率提供了一個新的思路,有望解決棉花三系雜交制種中人工集中授粉效率低、成本高的問題。

生物所博士后Muhammad Ali Abid (穆哈麥德˙阿里˙阿比德)和魏云曉助理研究員為本文的共同第一作者,梁成真研究員、張銳研究員和中科院遺傳發育所儲成才研究員 (現任職華南農業大學農學院) 為共同通訊作者。該研究得到國家轉基因重大專項、國家自然科學基金、國家重點研發計劃、和中國農科院創新工程資助。

圖1 重塑陸地棉花瓣基斑提高傳粉昆蟲到訪率和雜交種產量

(a)陸地棉和海島棉花形態。(b)傳粉昆蟲平均到訪次數。(c-d)昆蟲介導授粉下三系雜交種產量(c)、單株鈴數(d),籽棉產量(e)。

    論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13805

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