新研究确定了改善大豆杂交育种的生物技术方法
大豆 (Glycine max) 是世界上最具经济和社会影响力的作物之一，为全球动物消费提供了很大比例的蛋白质，并在石油生产中发挥着关键作用、制造和生物燃料应用 (大豆协会，nd)。2022年，大豆产量估计为43亿蒲式耳，比上年减少近2亿蒲式耳。为了满足对大豆动物饲料不断增长的需求，农业部预计到 2032 年大豆种植面积将增加 19.6% (Dohlman 和 Hansen 2022)。大豆杂交育种有可能提高美洲种植和消费最多的作物之一的生产力，但它在很大程度上仍未得到探索。
唐纳德·丹福斯植物科学中心和康奈尔大学的科学家进行的新研究 提供了一种在大豆中进行专性异交的关键技术。《植物生物技术杂志》 上 新发表的研究《 在大豆中引入芽孢杆菌RNA酶/芽孢杆菌星为杂交育种产生可挽救的雄性不育系统》 表明，与芽孢杆菌RNA酶/芽孢杆菌品系的专性异交提供了一种可用于扩增杂交种子组的新资源，使这一主要作物的杂种优势得以大规模试验。
目前，大豆 99% 是自花授粉的，阻止了杂交带来的任何收益。一个多世纪以来，为了提高农业产量而采用的杂交育种方法，无需增加投入。虽然这种方法极大地提高了作物生产力，但育种障碍从根本上限制了大豆从杂交优势中获益。大豆产生的花朵不起眼，在开放前会自花受精，因此不易进行异型杂交。这部分是由于当前方法的局限性，未能在大豆中产生可靠的专性异交。
研究小组证明，Barnase/Barstar雄性不育/雄性拯救系统可用于大豆生产杂交种子。通过在大豆花药中绒毡层特异性启动子下表达细胞性核糖核酸酶 Barnase，他们能够完全阻止花粉成熟，从而产生雄性不育植物。他们还表明，当这些表达 Barnase 的品系与来自表达 Barnase 抑制剂 Barstar 的植物的花粉杂交时，其 F1 代的育性可以得到恢复。
“重要的是，我们发现成功挽救男性生育能力取决于 Barnase 和 Barstar 的相对剂量。当 Barnase 和 Barstar 在相同的绒毡层特异性启动子下表达时，F1 后代保持雄性不育。当我们在比 Barnase 相对更强的启动子下表达 Barstar 时，我们能够成功挽救 F1 代的雄性生育能力，”该研究的合著者、丹福斯中心首席研究员 Patricia Baldrich 博士说。
这项工作展示了生物技术方法的成功实施，以在大豆中产生可育的杂交后代。鉴于大豆对全球农业的重要性，大豆生产力的进步可能会产生变革性影响，并通过使农民能够在现有种植面积上获得更高的产量来促进可持续农业。
“改良大豆是农民、植物育种家和科学家的长期目标，”密苏里大学丹福斯中心首席研究员兼植物科学教授布莱克·迈耶斯博士说。“改进可能会产生潜在的实质性影响，并为陷入困境的传粉者带来好处。”
“这项工作是开发大豆杂交育种系统的第一步。看到康奈尔大学的博士生、本文的主要作者 Nicole Szeluga 将项目从设计到实现，让我感到非常自豪。我很高兴看到该团队项目在未来几年的发展，”通讯作者、康奈尔大学综合植物科学学院助理教授玛格丽特·弗兰克博士说。
由于所谓的“杂交活力”，异花授粉大豆有可能提高产量，为传粉媒介提供饲料，并使农民能够在更少的土地上生产更多的大豆。为了实现这一目标，该团队目前正在研究其他大豆花性状，当这些性状与雄性不育系叠加或组合时，将代表一种能够生产杂交大豆种子的系统方法。
“作为一名研究生，我对观察这个项目的不断发展感到非常满意，从概念化到实验，然后是彻底的数据分析和出版。我很高兴能成为有潜力为世界带来影响性变化的研究的一部分，”密苏里大学 USDA-NIFA-AFRI 博士前研究员、Meyers 实验室成员 Ryan DelPercio 补充道。
该研究项目是在丹福斯中心的“对话：迎接重大挑战大创意计划”之后启动的，在该计划中，三支崭露头角的科学家团队竞相为他们的大创意赢得种子资金。鲍德里奇、德尔珀西奥和弗兰克提出了这个想法“十亿蒲式耳花”。演讲结束后，孟山都/塞尔/法玛西亚公司前首席科学家兼研发主管 Phil Needleman 博士打电话说，这个想法“让他大吃一惊”，如果他们能找到合适的解决方案，他想提供一份礼物来支持这个想法。匹配。该团队成功获得了联合大豆委员会 (United Soybean Board) 1920-152-0131-D 的奖项，以提供配套资金并开发概念数据验证。在获得最初的奖项之后，
下一次 Conversations Big Ideas 活动将于 8 月 31 日在丹福斯中心举行。
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