近日，南京农业大学农学院国家大豆改良中心杨守萍教授团队研究的最新成果“The miR156b-GmSPL2b module mediates male fertility regulation of cytoplasmic male sterility-based restorer line under high-temperature stress in soybean”在Plant Biotechnology Journal上发表，该研究解析了miR156b-GmSPL2b调控高温胁迫下大豆CMS恢复系雄性育性的分子机理。
大豆是重要的蛋白和油料作物，杂种优势利用是实现作物产量突破的重要途径，细胞质雄性不育/恢复（Cytoplasmic-male sterility/restorer-of-fertility, CMS/Rf）系统是作物杂种优势利用的最广泛体系之一，在水稻、玉米、油菜等作物上已取得巨大成功，大豆杂种优势利用也有望成为实现大豆产量突破的重要途径。尽管大豆杂种优势利用研究起步较晚，但经过我国科研人员30余年的系统研发已取得较大进展，截至2021年，我国育成并通过审定的杂交大豆品种有39个，并在生产上进行了示范、推广和应用。然而，部分大豆三系杂种F1组合的雄性育性稳定性易受高温等环境因子的影响而导致出现结实少甚至不结实的现象，成为大豆三系杂交种大面积推广应用的潜在风险。杨守萍教授团队前期研究发现大豆CMS恢复系的恢复力强弱决定了高温胁迫下大豆三系杂种F1的雄性育性稳定性。随后开展了高温胁迫下大豆雄性育性调控基因的挖掘和鉴定研究，发现大豆miR156b及其靶基因GmSPL2b在大豆三系杂种F1开花期响应高温胁迫，高温处理后miR156b过表达转基因拟南芥表现雄性不育，推测miR156b-GmSPL2b是调控高温胁迫下大豆三系杂种F1雄性育性的分子调控网络中关键模块之一。但是，miR156b-GmSPL2b参与调控高温胁迫下大豆CMS恢复系雄性育性的具体分子机理尚不清楚。
为此，本研究在前期研究基础上，通过转基因大豆功能研究发现，开花期高温胁迫下miR156b过表达转基因大豆CMS恢复系及其与不育系NJCMS1A的杂种F1均表现雄性不育。利用CRISPR/Cas9技术成功敲除大豆CMS恢复系W82中miR156b的靶基因GmSPL2b，发现高温胁迫下GmSPL2b基因编辑大豆的雄性育性下降。进一步利用转录组学、生物信息学、酵母单杂交和双荧光素酶测定等实验鉴定出miR156b-GmSPL2b模块的下游调控基因热激转录因子GmHSFA6b。转基因拟南芥功能研究发现，开花期高温胁迫下GmHSFA6b过表达转基因拟南芥的耐热性提高。转录组和代谢组测序、生理生化指标测定发现，miR156b-GmSPL2b模块通过类黄酮和活性氧代谢途径参与调控高温胁迫下大豆CMS恢复系的雄性育性。该研究为创制大豆耐高温强恢复系和培育雄性育性稳定的优良杂交大豆新品种提供了基因资源和理论依据。
图1 高温胁迫下miR156b过表达转基因大豆CMS恢复系和（NJCMS1A×miR156bOE）F1表现雄性不育
图2 高温胁迫下GmSPL2b基因编辑大豆CMS恢复系的雄性育性下降
图3 miR156b-GmSPL2b下游调控基因GmHSFA6b的鉴定,高温胁迫下GmHSFA6b过表达转基因拟南芥的耐热性提高
南京农业大学农学院青年教师丁先龙博士为论文第一作者，杨守萍教授为通讯作者，盖钧镒院士对本研究提供了重要指导，博士研究生王宏杰和硕士研究生郭金凤、吕梦琳、盛英、刘莹参与了本研究。该研究得到国家重点研发计划和中国博士后科学基金面上项目的资助。
