科学家破解甘蔗育种中的“母本恢复”之谜

记者6日从福建农林大学获悉,该校明瑞光教授团队联合美国夏威夷农业研究中心的科研人员系统揭示了甘蔗母本不减数配子的形成过程,相关研究成果5日发表于国际学术期刊《自然》。

  目前广泛种植的甘蔗绝大多数源于经典育种组合:以高糖、高生物量的热带种甘蔗为母本,与抗逆性强、适应范围广的野生割手密为父本进行种间杂交,培育出兼具高糖、高产与抗逆性的现代甘蔗品种。

  这一育种体系之所以成功,关键在于杂交中特殊的遗传现象“母本恢复”。即母本产生的生殖细胞染色体数目没有正常减半,而是以加倍的形式传给后代,父本则提供正常减数分裂形成的半套染色体,使后代中母本与父本的基因组贡献约为2比1。这种“母本多给一份”的方式,让后代最大程度保留了热带种甘蔗的高糖性状,又整合了野生种甘蔗的抗逆基因。

  早在20世纪初,甘蔗育种家就注意到了“母本恢复”现象。然而,母本究竟如何形成这种特殊配子,一百多年来始终是个谜。过去只能靠显微镜下的细胞学观察和间接推测,不同学者提出了多种假说,却始终没有获得决定性的遗传学证据。

  福建农林大学科研团队发现,母本配子的形成先经历正常的第一次减数分裂,同源染色体完成配对、重组和分离;随后第二次分裂发生“恢复”,一条染色体的两条姐妹染色单体没有正常分离进入两个细胞,而是共同进入同一个配子。甘蔗不减数母本配子平均保留约62.5%的母本遗传多样性,其中约50%来自第一次减数分裂后进入该细胞的基本染色体组合,另外约12.5%来自遗传重组交换带入的其他同源染色体片段。

  论文共同第一作者、福建农林大学海峡联合研究院副教授朱斯慧介绍,未来研究人员有望利用这一规律,更有针对性地选择亲本、预测优良基因组合的保留与重组比率,并从大量杂交后代中更高效地筛选兼具高糖、高产和抗逆性的优良材料。

  此次建立的基因组分析方法和研究思路,可为其他复杂多倍体植物解析不减数配子的形成机制、重组规律和遗传传递过程提供新的工具和参考。作者:庞梦霞 来源:新华网