SCLS|中国农业大学王涛团队建构苜蓿两系法育种系统,助力饲草种业振兴
近日，Science Chine-Life Sciences（中国科学·生命科学）在线发表了中国农业大学王涛团队题为“Intelligent GMS seed production and breeding system in Medicago sativa”的研究论文。该研究建立了基于隐性核不育（GMS）的紫花苜蓿智能保持系统，实现了不育系、保持系种子繁育和无损分选，解决了多倍体作物雄性不育系种子生产困难、严重制约杂交优势利用的瓶颈问题。紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是全球重要牧草，由于其同源四倍体遗传背景及半自交不亲和特性，传统育种周期长、效率低。尤其是雄性不育系资源匮乏，严重限制了杂交制种的规模化应用及杂种优势的充分发挥。前期研究中，该团队利用苜蓿高效CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除育性调控基因MsNP1，成功创制出四等位基因突变的雄性不育系（GMS）（Ye et al., Plant Biotechnol. J., 2022）。然而，不育系种子的规模化生产与精准分选仍面临重大技术挑战。针对这一难题，研究团队创新性设计了Quick-Select（QS）系统，主要包括两个功能模块：（1）育性恢复模块：通过MtNP1有效启动子驱动MtNP1基因表达，在不育系中恢复花粉育性。（2）种子分选模块：利用油体蛋白基因MtOLE2启动子驱动红色荧光蛋白mRFP1，在成熟种子中持续表达，以便于通过荧光快速分选。在技术实现上，利用前期筛选获得的无外源转基因组分的msnp1-L1四等位突变体为遗传背景，通过农杆菌转化导入QS连锁系统，创制获得QS保持系（QS-L4）。该保持系一方面能够恢复雄性育性并产生功能性花粉，另一方面，以其为父本、不育系msnp1-L1为母本进行人工杂交，后代种子可在激发光条件下通过荧光信号实现基因型判别，荧光种子为转基因QS保持系种子，非荧光种子为无转基因组分的雄性不育系种子。因此，QS系统能够有效实现隐性核不育系种子繁育和分选。该研究的创新点在于，开发了一套新的紫花苜蓿GMS育种制种系统，基于种子荧光性状实现快速无损鉴定，代表了多倍体作物杂交育种领域的重要方法学突破。同时，该系统获得的GMS种子无转基因属性，为采用优良父本进行非转基因商业杂交制种提供了可行路径。此外，种子荧光分选模块不仅有助于QS保持系构建，在转基因育种领域具有广泛应用潜力。结合专用荧光分选设备及针对小粒种子的参数优化，该体系有望显著提升转基因苜蓿及相关作物的种子生产效率。从技术演进视角看，苜蓿育种已历经轮回选择、细胞质雄性不育系统及转基因育种等阶段。该研究提出的QS系统标志着我国苜蓿生物育种跨越式发展，同时为其他饲草作物遗传改良提供了重要借鉴参考。中国农业大学生物学院王涛教授和董江丽教授为共同通讯作者，青年研究员叶沁怡副教授和在读博士生樊沙沙为论文共同第一作者。研究获得北京市自然科学基金、内蒙古自治区种业科技创新重大示范工程“揭榜挂帅”项目、国家重点研发计划、中国科协“青年人才托举工程”项目资助。论文链接：
https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-025-3182-6
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