Plant Com | 中国农业大学陈绍江教授团队开发新型的作物雄性不育系创制与繁育技术

DOI: 10.1016/j.xplc.2026.101693

2026年1月5日，中国农业大学陈绍江教授团队在Plant Communications上发表题为“An All-in-One Visual Selection System for Male-Sterile Line Production in Maize and Rice”的研究论文。该研究成功开发了一种“四位一体”的新型杂交制种技术（All-in-one Seed Production Technology, ASPT）。该技术将CRISPR/Cas9基因编辑器、育性恢复基因、花粉致死与可视化标记系统整合至单个载体，实现了在玉米和水稻中高效创制与繁殖雄性不育系，并可通过种子和植株的双阶段视觉化筛选，显著提升不育系的繁殖效率和纯度，为作物杂交制种提供了更高效、更实用的新工具。

杂种优势利用是提高作物产量的重要途径。然而，杂交种子生产长期依赖人工去雄，成本高、效率低，且易因去雄不彻底影响种子纯度。细胞质雄性不育（CMS）系统虽可免除去雄步骤，但依赖特定恢复系，限制了亲本选择的灵活性；光温敏核雄性不育（EGMS）系统则受环境波动影响大，制种风险高。常规核雄性不育（GMS）系统育性虽稳定，但其不育系无法通过自交保持，需借助保持系进行1:1分离繁殖，难以大规模获得纯合不育系种子。

SPT技术通过向不育系中导入携带育性恢复基因、花粉致死基因和荧光标记基因的SPT载体，创制转基因保持系，理论上可实现100%不育系种子的繁殖。然而，传统SPT技术在实际应用中仍存在多重限制：优良母本自交系通常不含不育位点，需通过多代回交导入不育基因与SPT载体，且每一代均需对不育位点与载体进行检测，流程复杂；筛选依赖荧光标记与专用设备，对中小规模种企不够友好；此外，转基因花粉仍有低概率泄漏，种子分选阶段存在误选风险，且无法在植株生长阶段进行杂株鉴别，影响大田应用的可靠性。

因此，开发一种能够简化流程、实现可视化分选、并广泛适应不同遗传背景的新型SPT系统，成为推动杂交制种技术升级的重要方向。

本研究在经典SPT基础上，成功构建了新型雄性不育系创制与繁育系统——ASPT。传统SPT需先后完成不育突变体创制和SPT载体导入两个独立步骤，而ASPT通过一体化载体设计，将CRISPR/Cas9基因编辑组件与SPT功能模块（包括育性恢复基因CRISPR/Cas9-immune Ms45、花粉致死系统pPG47::Bt1-ZmAA1）整合于同一载体，实现了一次转化同时完成雄性不育基因敲除与保持系创制，大幅简化了操作流程（图1）。该系统还创新性地采用甜菜红素报告系统（RUBY）替代传统荧光标记。通过CaMV35S增强子融合糊粉层特异表达启动子p35SEN-LTP2驱动RUBY表达，使转基因种子与植株（叶耳、叶脉）呈现稳定红色，可借助肉眼或普通色选机进行高效分选，实现了种子与植株阶段的“双阶段”可视化鉴别（图2和图3）。

图1 ASPT技术的工作流程

图2 RUBY标记在玉米中的表现

图3 RUBY标记在水稻中的表现

本研究开发的ASPT系统，通过“一体化载体”设计与“双阶段可视化”筛选策略，成功实现了对雄性不育系创制与繁殖技术的系统性升级。该系统不仅大幅提升了操作效率与种子纯度，更凭借其直观、稳定的表型标记，显著降低了技术应用门槛，为作物杂交制种提供了一套高效、易推广的技术体系。该系统的设计理念与跨作物验证的成功，为其向小麦、谷子等其他重要作物拓展应用提供了清晰路径。ASPT系统有望成为推动杂种优势高效利用的关键技术平台，为我国乃至全球的作物种子生产提供持续动力。

中国农业大学钟裕教授、陈绍江教授和刘晨旭教授为论文共同通讯作者，博士生刘晋初为第一作者。作物功能基因组与分子育种研究中心石云鹭博士、张帅松博士、中国农业大学赵海铭教授等参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金、现代农业产业技术体系、中国高校科学基金、北京市科技新星计划、红河州科技人才计划和呼和浩特市科技创新领域人才项目等资助。

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