經(jīng)過近20年不懈努力，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所賈繼增研究員與孔秀英研究員帶領(lǐng)科研人員成功克隆小麥太谷核不育基因Ms2。該基因的克隆將大大促進作物輪回選擇育種的應(yīng)用范圍，提高育種效率與育種水平。該項成果于4月24日召開的國際小麥遺傳大會上首次公開報道。研究論文已于近期發(fā)表于國際知名學術(shù)期刊《自然-通訊（Nature Communications）》。
太谷核不育小麥是我國科技人員高忠麗于1972年在山西太谷發(fā)現(xiàn)的一個顯性核不育小麥材料，是由單顯性核基因控制的自然突變體，其特點是雄性敗育穩(wěn)定徹底，不受環(huán)境條件影響，異交結(jié)實率高，是進行小麥輪回選擇的理想材料。中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所自上世紀就開始了對太谷核不育材料的研究，且碩果頻出。作科所劉秉華研究員通過雜交構(gòu)建了矮稈基因和太谷核不育基因緊密連鎖的矮敗小麥，該材料的利用大大提高了小麥育種效率。
太谷核不育基因Ms2的克隆存在3個巨大的挑戰(zhàn)：一是Ms2所在的4D染色體是小麥21條染色體中多態(tài)性最低的一條染色體；二是矮敗小麥中Ms2基因所在區(qū)段重組率非常低；三是2012年之前無小麥參考基因組序列發(fā)表。矮敗小麥是一個理想的輪回選擇育種材料，但該材料不適合用于Ms2基因的圖位克隆。研究團隊最初選擇了用矮敗小麥構(gòu)建圖位克隆的群體，本想“一箭雙雕”。然而當染色體步移到一定程度時，發(fā)現(xiàn)再也無法繼續(xù)前進。進一步研究才發(fā)現(xiàn)，這是由于矮稈基因所在基因組片段是一個1Mb 以上的串聯(lián)重復，導致該區(qū)段的重組被嚴重抑制（New Phytologist，2012）。為了增加4DS染色體的多態(tài)性及提高太谷不育基因區(qū)段的重組率，研究人員又用正常株高的太谷核不育材料與多樣性高的人工合成小麥Am3雜交，重新配制分離群體，解決了重組問題與多樣性低的問題。為了解決參照基因組的問題，他們繪制了小麥D基因組的框架圖(Nature, 2013)，使得小麥太谷核不育基因克隆的速度得以大幅度提升，最終成功地克隆了Ms2基因。
研究發(fā)現(xiàn)，該基因沒有保守的功能結(jié)構(gòu)域，是僅存在于小麥族物種中的“孤兒”基因；Ms2的產(chǎn)生經(jīng)歷了一個比較復雜的進化過程；一個新的非自主型的TRIM反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子插入到Ms2基因的啟動子區(qū)，激活了該基因并使其在花藥中特異表達，導致不育表型的產(chǎn)生；Ms2-TRIM插入只影響基因的表達，這與該團隊以前在矮稈基因Rht3中鑒定的CAAS-TRIM插入引起基因結(jié)構(gòu)改變不同（Plant Physiology, 2011），表明TRIM插入到基因附近增加了基因新功能和表型的可塑性；D基因組的Ms2-TRIM可能來自B基因組的5BL；該研究結(jié)果表明小麥多倍體化和富含轉(zhuǎn)座子的特點為產(chǎn)生新的表型提供了豐富的遺傳變異基礎(chǔ)。
