東北地理所成功克隆菜豆雄性育性基因
以黃金勾為代表的菜豆品種是東北黑土區(qū)重要的雜糧與蔬菜，深受東北地區(qū)民眾所喜愛(ài)。目前，菜豆基因克隆和功能解析尚處于起步階段，為快速克隆菜豆基因，我們?cè)谇捌谥苽淞艘粋€(gè)菜豆黃金勾品種大龍1號(hào)的突變體庫(kù)。在該突變體庫(kù)中，篩選得到一個(gè)雄性不育突變體ms-2(male sterility 2.圖A)。為了利用雜種優(yōu)勢(shì)來(lái)提高作物產(chǎn)量，雄性不育特性在很多作物中研究較為深入。在菜豆中，雖已觀察到雄性不育現(xiàn)象，但是還沒(méi)有克隆相關(guān)的基因，特別是還沒(méi)有對(duì)其相關(guān)的機(jī)理進(jìn)行深入研究。
東北地理所研究團(tuán)隊(duì)利用SNP測(cè)序和自主設(shè)計(jì)的菜豆InDel分子標(biāo)記，通過(guò)圖位克隆的方法精細(xì)定位了菜豆雄性育性基因MS-2為Phvul.003G031200基因(圖B)；在ms-2突變體中Phvul.003G031200基因剪切位點(diǎn)發(fā)生變異，使得蛋白質(zhì)序列缺少3個(gè)氨基酸(圖C-D);利用石蠟切片對(duì)小孢子體發(fā)育過(guò)程進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)MS-2基因的剪切位點(diǎn)變異導(dǎo)致絨氈層降解提前是ms-2突變體雄性不育的原因(圖E)。ms-2突變體可結(jié)實(shí)大量的無(wú)籽肉莢，外源噴施2 mM生長(zhǎng)素物質(zhì)吲哚乙酸(IAA)能使ms-2突變體上的肉質(zhì)無(wú)籽莢的莢長(zhǎng)、莢寬、莢厚和單莢鮮重顯著增加(圖F-H)，體積增大的無(wú)籽肉莢具有加工或直接食用的潛能。本研究定位與克隆了菜豆雄性育性基因MS-2.明確了該基因突變導(dǎo)致菜豆不育的機(jī)理。MS-2基因可應(yīng)用于培育肉質(zhì)無(wú)籽莢菜豆品種，具有很好的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)為雜種優(yōu)勢(shì)的利用奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
研究成果近期發(fā)表在中科院一區(qū)期刊《Theoretical and Applied Genetics》上，東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所徐坤助理研究員為論文第一作者，夏正俊研究員為論文通訊作者。該研究得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)(XDA28070000)、國(guó)家自然科學(xué)基金(32001506、U21A20215、31771869)和中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目(2022QNXZ05)聯(lián)合資助。
圖. MS-2基因克隆和功能分析
論文信息：Kun Xu, Jinlong Zhu, Ning Guo, Jinyu Liu, Hong Zhai, Xiaobin Zhu, Yi Gao, Hongyan Wu, Zhengjun Xia. A novel 7-base pair deletion at a splice site in MS-2 impairs male fertility via premature tapetum degradation in common bean (Phaseolis vulgaris L.). Theor Appl Genet 2023. 136. 56.
論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s00122-023-04255-8
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