玉米为广泛利用杂种优势的作物，杂种生产严重依赖去雄。环境敏感型雄性不育是杂种优势利用的理想材料，以其为技术基础的“二系法”也是最受育种家青睐的杂种生产方式。光温敏等雄性不育受环境波动影响导致育性不稳定，杂交制种不安全，生产上无法大规模应用。因此，开发育性转换可控的新型环境敏感型雄性不育是大面积推广二系法杂交制种的关键。
JIPB近日在线发表了中国科学院植物研究所漆小泉团队题为“Generation of humidity-sensitive genic male sterility in maize and wheat for hybrid seed production”的论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13768)，首次在玉米和小麦中创制出湿度敏感型雄性不育 (HGMS) 材料，为玉米和小麦二系法杂交育种提供了新的技术途径。
该课题组前期在水稻中报道了POACEATAPETOL SYNTHASE1 (OsPTS1) 参与花粉包被合成的三萜代谢途径，其功能缺失突变体介导湿度敏感雄性不育 (HGMS)，即低湿度环境下花粉释放后失水败育，高湿度环境下花粉维持正常育性。由于PTS1基因在禾本科植物中具有保守性，该研究首先利用EMS诱变筛选和CRISPR/Cas9在玉米中创制出对应的ZmPTS1功能缺失突变体。表型分析发现，Zmpts1花粉释放后在正常湿度环境中90 s内脱水干瘪发生失活，而Zmpts1花粉粒释放后通过加湿处理能够抑制花粉失水并维持正常的育性。连续三年在北京、陵水和新疆泽普等多个环境测试中，Zmpts1穗结实率介于0–3%之间，表现为雄性不育或稳定的低结实，Zmpts1作为母本在张掖模拟杂交制种，子代杂种率高达99%。同时，该研究通过叠氮化钠 (NaN3) 诱变筛选出小麦基因组TaPTS1-A/B/D三个冗余基因功能缺失突变体，通过聚合获得小麦HGMS材料Tapts1-aabbdd，为小麦杂种优势利用储备核心种质资源。
图1. 在玉米和小麦中创建HGMS系
Xiong, X., Wang, D., Guo, C., Fan, G., Zhang, Y., Song, B., Hou, B., Yan, Y., Xie, C., Lu, X., Zhang, C. and Qi, X. (2024). Generation of humidity-sensitive genic male sterility in maize and wheat for hybrid seed production. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13768
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