【摘 要】
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杂种不育S1基因座位是控制亚洲稻和非洲稻（简称“亚非稻”）种间杂种不育的主效座位,严重限制了亚非稻种间强大杂种优势的利用。研究表明,S1座位控制的杂种不育是由三个紧密连锁的非洲稻基因S1A4,S1TPR和S1A6形成一个孢子体杀手系统,产生不育信号。同时,S1TPR又具有配子体保护者的功能,选择性保护含有S1TPR的非洲稻型配子,而携带无功能等位基因S1TP的亚洲稻型配子选择性败育。本研究根据该分
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杂种不育S1基因座位是控制亚洲稻和非洲稻（简称“亚非稻”）种间杂种不育的主效座位,严重限制了亚非稻种间强大杂种优势的利用。研究表明,S1座位控制的杂种不育是由三个紧密连锁的非洲稻基因S1A4,S1TPR和S1A6形成一个孢子体杀手系统,产生不育信号。同时,S1TPR又具有配子体保护者的功能,选择性保护含有S1TPR的非洲稻型配子,而携带无功能等位基因S1TP的亚洲稻型配子选择性败育。本研究根据该分子机制,运用生物信息学和基因工程手段发掘及建立了多种亚非稻种间亲和系。本研究获得的主要结果如下:1、通过PCR扩增及生物信息学等手段分析稻属不同种基因组中S1座位的基因型,追溯S1座位的进化起源,并建立其进化模型。研究发现,亚洲稻中只存在无功能的S1TP基因型,而非洲稻的祖先O.barthii中存在自然亲和型的S1座位,这些O.barthii品系是可用于创建亚非稻种间亲和系的种质资源。2、利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,在非洲稻S1座位近等基因系NIL-g中敲除S1座位杀手基因S1A4和S1A6。结果显示,通过基因编辑获得的a4,a6敲除突变体可消除S1座位介导的杂种不育效应,且不影响植株的重要农艺性状,从而创建亚非稻S1座位的人工亲和系。3、利用CRISPR/Cas9多基因编辑技术,在非洲稻中同时敲除杀手基因S1A4,理想株型基因OTUB1和高产基因GS3。结果显示,获得的otub1gs3a4突变体较野生型分蘖数减少,茎秆变粗,千粒重增加,从而创建株型理想、高产的亚非稻人工亲和系。4、利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,对无功能的亚洲稻等位基因S1TP的终止密码子进行删除,以期获得删除终止密码子、读码框无移码并外延至功能型非洲稻等位基因S1TPR终止密码子的突变体,创建亚洲稻型人工亲和系。结果显示,本研究成功获得了若干个删除了终止密码子,并且删除碱基为三的倍数的转基因植株,突变的S1TP转录本符合预期,其花粉育型仍为全可育,这些突变类型植株是潜在的亚非稻人工亲和系。5、利用单碱基编辑技术,对无功能的亚洲稻型S1TP的终止密码子进行纠正,以期恢复其S1TPR的保护功能,创建亚洲稻型人工亲和系。结果显示,受限于单碱基编辑技术的编辑窗口和低编辑效率,没有获得预期编辑成功的阳性植株。本研究应用S1位点杂种不育的分子机制,通过挖掘多种不同策略,创建亚非稻种间人工亲和系,为克服亚非稻种间杂种不育和利用亚非稻种间杂种优势提供了技术方法,对扩大杂交稻配组范围和提高水稻产量具有重要理论和实践意义。
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