科技创新进展：研究创制宜于机械化制种的水稻小粒型不育系
近日，我所水稻生物育种全国重点实验室张健研究员团队在Plant Communications在线发表了“A weak allele of TGW5 confers higher seed propagations and efficient size-based seed sorting for hybrid rice production”的研究论文。该研究克隆了水稻粒型QTL基因tgw5/D1, 并利用分子育种方法创制了小粒不育系S-C815S和S-WXS，为实现低成本、高繁殖系数的杂交水稻机械化制种提供了解决方案。
杂交稻为维护国家粮食安全做出了巨大贡献，但因制种农艺措施复杂、高度依赖人工，种子成本居高不下。培育小粒型不育系可通过父、母本的“混播+混收+种子分选”实现杂交水稻的全程机械化制种，降低超过20%制种成本。传统的杂交育种方法导致小粒不育系培育周期过长，亟需挖掘适用的小粒基因资源（完全隐性，高遗传效应）开展精准、高效的分子改良 。
图1. 基于小粒不育系的杂交稻机械制种模式图
HSD：杂交稻种子；RL：恢复系；MSL：不育系；S-MSL：小粒不育系。
该研究从福恢212和恢12-29的杂交后代群体中克隆到一个完全隐性的粒型QTL基因TGW5FH212，其单碱基变异A869T引起基因功能部分丧失，导致NILFH212株系的株高变矮、粒型变短，穗粒数增加。将TGW5FH212导入到水稻温敏两系不育系C815S和武香S (WXS)中育成小粒不育系S-C815S和S-WXS。相比常规不育系对照，小粒不育系在大田杂交制种中起到了“一石三鸟”的效果：（1）每株生产的种子粒数（繁殖系数）增加了约10%；（2）降低杂交稻种子的粒长约30%，可利用窝眼筒等分选装置将种子完成纯度>99%的机械分选，有望实现机械化制种；（3）降低约30%的种子运输和仓储成本。利用TGW5FH212或精准编辑该基因的A869T位点可快速将现有的主流不育系转化为小粒不育系，增加繁殖系数，在高效杂交水稻制种产业中具有巨大的应用潜力。
该研究得到国家自然科学基金项目、浙江省WR计划、浙江省自然科学基金项目等项目的资助。我所应杰政研究员、硕士研究生秦耀斌、张丰勇为论文的共同第一作者。张健研究员为该论文的通讯作者，浙江大学关亚静教授、隆平高科王凯博士、湖北工业大学张三强博士、大连盛鸿种苗有限公司张赫为研究提供了悉心的实验指导。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346224000312