杂种优势,也被称为杂种优势,是一种现象,即通过杂交两个纯系的后代产量优于父系的生产力。在农业文化中,特别是在纯系物种中,杂种优势可以显著提高产量 20–50%。
油菜是一种油料作物,用于生产植物油,是重要的农业作物。杂交种在增加油菜产量和总产量方面发挥了关键作用,特别是在主要生产地区,如加拿大、中国和欧洲。油菜杂交育种的主要方法是利用雄性不育,这样可以利用杂种优势。
雄性不育是指在植物有性繁殖过程中雄蕊发育出现异常的现象。它在烟草和其他植物(如水稻、玉米、油菜和大豆)中被发现。
雄性不育可以是细胞质(CMS)或遗传(GMS)方式。CMS通常由线粒体基因和一些细胞核基因控制,用于生产具有三系系统的杂交种子。CMS消除了除去花药的必要性,并使杂交种子生产过程更加简单。
然而,油菜存在一些使用现有细胞质雄性不育系统的限制和问题。一些系统,如Pol,由于外部因素而不稳定,而Ogu系统则难以找到合适的恢复者。基因多样性有限和对病害的高度敏感性也限制了细胞质雄性不育系统的应用。
因此,由于现有细胞质雄性不育系统的复杂性和局限性,油菜育种面临严重问题。传统方法需要复杂的过程,并且对周围环境条件敏感,导致杂种种子生产不稳定和低效。
江苏农林学院和中国农业科学院的研究人员开发了一种利用CRISPR/Cas9技术的新方法。他们瞄准了在油菜花蕾的花药中发挥作用的BnDAD1基因,以实现油菜的雄性不育,从而简化杂种种子的生产。该研究成果已发表在《园艺研究》杂志上。
研究人员成功地利用CRISPR/Cas9技术破坏了油菜花药中的BnDAD1基因。这种破坏导致了油菜花粉囊的裂解和花粉成熟的缺陷,从而导致雄性不育。
通过外源甲基茉莉酸,研究人员能够恢复雄性不育系的肥沃性,从而获得F1杂种种子。
研究人员宣称:“我们提出了一种新方法,利用CRISPR/Cas9技术破坏生物合成途径中BnDAD1基因,以实现油菜的雄性不育。BnDAD1的破坏导致双突变系中α-亚麻酸和茉莉酸水平降低,从而导致花药裂解和花粉成熟缺陷。”
“通过将雄性不育系与雄性肥沃系杂交,我们展示了使用双系系统生产F1种子的可能性。这一突破具有巨大的商业潜力,有望提高油菜生产的效率和稳定性。我们的研究成果在油菜杂种生产领域取得了重大进展。利用CRISPR/Cas9诱导油菜的雄性不育简化了选择过程,并为提高油菜产量和稳定性打开了广阔的前景。” - 江苏农林学院领头研究员李思建博士指出。
这种新的双系系统相对于传统方法提供了更简便有效的杂种子生产方法。
“利用CRISPR/Cas9获得的雄性不育是稳定且完整的,不受周围环境条件影响,使其成为生产油菜杂种种子的可靠解决方案。这种创新方法具有巨大的商业潜力,有望提高油菜生产的效率和稳定性。我们的研究成果在油菜杂种生产领域迈出了重要一步。利用CRISPR/Cas9引起油菜雄性不育简化了选择过程,并为提高油菜产量和稳定性打开了前景。”-李思建博士强调。