潍坊现代农业山东省实验室克隆新的小麦雄性不育基因

小麦作为保障国家粮食安全战略体系的重要支柱作物，其产量性状的遗传改良始终是作物遗传育种领域的前沿课题。杂种优势是生物界普遍存在的遗传现象，利用杂种优势是提高作物单产和改良其他农艺性状的有效途径。由于小麦是典型的自花授粉作物，小麦杂交种的规模化生产高度依赖雄性不育系及以其为基础的杂交育种体系。值得关注的是，普通小麦基因组的高度复杂性（由A、B、D三个亚基因组构成）导致同源基因高度冗余，这给通过传统正向遗传学手段筛选雄性不育突变体并精准定位目标基因带来了巨大挑战，这也是目前普通小麦雄性不育基因克隆研究进展相对缓慢的重要原因。

近日，潍坊现代农业山东省实验室/北京大学现代农业研究院/小麦育种全国重点实验室小麦第三代杂交育种技术课题组在 The Crop Journal 在线发表了题为“TaMs6, encoding a GDSL esterase/lipase protein, functions in male fertility in common wheat”的研究论文。作者通过EMS诱变获得了一个新的雄性不育突变体ms6，并克隆了Ms6基因，进而通过表型分析、基因表达模式分析、多组学分析及家族进化分析，阐述了Ms6基因在花粉发育过程中的功能。此外，研究者还发现ms6突变体与已知突变体ms5之间存在非等位不互补现象（nonallelic noncomplementation）。

作者首先利用MutMap-based图位克隆方法成功克隆到位于1B染色体的Ms6基因，该基因编码一个GDSL酯酶/脂肪酶蛋白（GELP）。通过原位杂交实验发现Ms6基因在减数分裂期到单核期的花药中特异性表达；转录组分析和代谢组分析结果表明Ms6基因的突变降低了花粉早期发育育性相关基因的表达水平，改变了花药脂质组成，从而导致雄性不育。该研究为小麦杂交育种体系的开发及杂交小麦产业化提供了新的基因和种质资源。作者还系统分析了小麦的GELP家族，为进一步阐明其他GELP在小麦中的潜在功能提供了有效参考。

此外，作者发现了两个雄性不育突变体之间的非等位不互补现象。ms5 是1976年报道的小麦隐性核雄性不育突变体，作者在刚筛选到ms6突变体时，将其与已知雄性不育突变体ms5 进行了等位分析，结果表明两者可能是等位突变。但将两个突变体分别克隆基因后发现，Ms6 基因位于1B 染色体上，而Ms5 基因位于3A 染色体上，两者不是等位基因。ms5和ms6 突变体之间的互补失败在遗传上被称为非等位不互补现象，这是一个有趣且有前景的研究方向。

图2 ms6 突变体和ms5 突变体非等位不互补