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Nature Commun | 中国农科院蔬菜花卉所揭示甘蓝显性雄性不育的遗传调控机制

来源：花匠小妙招时间：2024-08-09 06:04

近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所甘蓝青花菜课题组在Nature Communications上发表了题为“A natural mutation in the promoter of Ms-cd1 causes dominant male sterility in Brassica oleracea”的研究论文，利用正向遗传学手段克隆了甘蓝显性雄性不育基因Ms-cd1，发现其启动子区突变是导致显性雄性不育的原因，并揭示了BoERF1L通过直接结合Ms-cd1的启动子，维持其精准表达的机制。

甘蓝类蔬菜包含结球甘蓝、青花菜、花椰菜、苤蓝等多种重要蔬菜作物，其适应性和抗逆性均较强，又具有较高的营养和保健价值，因而在中国乃至世界各地广泛栽培。目前生产上使用的甘蓝品种几乎全部为一代杂种。传统的甘蓝杂交制种主要依赖于Ogura细胞质不育（CMS），该不育制种体系的缺点是作为母本的不育系死花蕾较多、花朵小、蜜腺不发达、吸引蜜蜂少，导致杂交制种的产量和质量均不高。

79-399-3是方智远院士于1979年发现的世界首例甘蓝显性雄性不育（DGMS）突变体。该材料表现为死花蕾少、花朵大，蜜腺发达、可以正常吸引蜜蜂，作为母本生产杂交种时可使产量提高98%。课题组利用回交转育方法获得了几十份结球甘蓝、青花菜、苤蓝等显性雄性不育系，建立起显性雄性不育育种技术体系，配制出“中甘18”、“中甘21”等结球甘蓝新品种，“中青9号”等青花菜新品种，使我国甘蓝显性不育利用取得了重大突破。在之前的研究中，甘蓝显性雄性不育基因Ms-cd1被定位在9号染色体的一个区段，但还未被克隆。

该研究利用三个高代回交群体，将Ms-cd1精细定位在10.9 kb的区段，筛选出Bol035718作为候选基因，该基因编码一个PHD-finger转录因子，在雄蕊中特异表达。在不育材料中，Ms-cd1启动子区存在一个1 bp的缺失，该突变显著增强了Ms-cd1的转录活性，但没有改变其组织表达特异性。随后通过遗传转化验证了该基因的功能；另外利用CRISPR/Cas9对该基因进行敲除，获得的纯合突变体ms-cd1表现为隐性雄性不育（RGMS），且与DGMS败育表型不同。研究还发现转录因子BoERF1L通过直接结合Ms-cd1启动子，抑制Ms-cd1的表达，从而维持正常的雄性育性。研究团队还对基于该DGMS的杂交制种体系进行了优化升级。研究结果阐明了甘蓝显性雄性不育形成的遗传调控机理，为甘蓝杂交制种提供了理论依据。

Ms-cd1启动子突变导致显性雄性不育的遗传调控网络

中国农业科学院蔬菜花卉研究所为第一和通讯作者单位，韩风庆助理研究员、袁凯文博士、孙文茹博士为本论文共同第一作者，方智远院士、张扬勇研究员、吕红豪研究员为本论文的通讯作者。黄三文研究员、张春芝研究员、张金喆副研究员对该研究工作进行了重要指导。该研究得到了国家自然科学基金、中国农业科学院创新工程和国家现代农业产业技术体系的资助。

https://www.nature.com/articles/s41467-023-41916-0