什么叫雄性不育株怎么杂交：育种家看过来 利用基因编辑快速创制雄性不育系
什么叫雄性不育株怎么杂交：育种家看过来 利用基因编辑快速创制雄性不育系图1 T0植物中的突变类型和频率(Zhou et al. 2016)。（A）T0植物中不同靶点的突变情况和花粉不育频率。（B）CRISPR/Cas9诱导的突变类型和频率。（C）TMS5ab载体在两个不同水稻亚种的11个品种中诱导的突变频率。综上所述，作者认为可以利用有效的基因编辑载体TMS5ab，来培育具有潜在应用价值的无外源基因TGMS系。值得关注的是，作者在一年内利用TMS5ab在两个水稻亚种中培育出了11种具有杂交育种应用前景的无外源基因TGMS系。这进一步说明该方法有助于推动杂种优势的开发。水稻2016年11月22日，庄楚雄团队在Scientific Reports上发表了题为“Development of Commercial Thermo-sensitive Genic Male Sterile Rice Accelerates Hybrid Rice Breeding Us
在阅读文章之前让我们先来回忆两个知识点：什么是雄性不育？什么是杂种优势？
雄性不育：所谓雄性不育就是在有性繁殖过程中，由于生理上或遗传上的原因造成植物的雌性器官正常，雄性器官不正常，因而不能完成正常授粉的现象。雄性不育是高等植物群体中普遍存在的一种现象。
杂种优势：即杂交种第一代在各方面均比亲本优越的现象，杂交种第一代植株主要表现在具有更快的生长速率和更高的代谢功能，从而导致器官发达、体型增大、产量提高，或者表现在抗病、抗虫、抗逆性、生存力等的提高，因此杂种优势也被广泛用于提高农作物的产量。
目前，杂交育种已经广泛应用于水稻、玉米、高粱、大豆、番茄等作物的生产中，尤其是玉米杂交种率几乎可达100%，这也足以看出杂交种在农业生产中的重要性。然而，遗传分离现象的存在会使得杂交种第一代自交后丧失杂种优势。因此，为了获得稳定的杂交种，核心问题就是要避免自交。在农业生产中采用的解决办法通常是利用雄性不育株构建杂交系。由于雄性不育株的花粉发育不良，只能作为母本接受配套父本的花粉并与之杂交，从而确保产生的子代是具有优势的杂交种。但是稳定雄性不育株的常规筛选不仅耗时而且还很费力，由此产生的高成本也阻碍了作物中杂种优势的应用。近年来，随着基因编辑系统的不断完善，科学家们尝试在不同物种中利用基因编辑技术创制雄性不育系，并相继获得了成功，这大大简化了杂交育种的流程。那么，接下来就和伯小远一起看看在不同物种中利用基因编辑创制雄性不育系的研究进展吧~
水稻
2016年11月22日，庄楚雄团队在Scientific Reports上发表了题为“Development of Commercial Thermo-sensitive Genic Male Sterile Rice Accelerates Hybrid Rice Breeding Using the CRISPR/Cas9-mediated TMS5 Editing System”的研究论文，该团队将CRISPR/Cas9系统应用在雄性不育系的培育中，开发出了新的“无外源基因”TGMS（热敏雄性不育）系，为显著加快不育系的育种周期，促进杂种优势的开发提供了新思路。
作者首先选取了国内最常用的热敏型雄性不育基因TMS5作为靶标基因，为了获得具有高编辑和低脱靶效率的靶序列，作者在TMS5编码区筛选出了10个靶位点，并随机分为5组，将一组中的两个靶序列克隆到同一个载体中，使用CRISPR/Cas9系统进行靶向诱变，结果显示靶向TMS5a和TMS5b位点的双元载体（称为TMS5ab载体）具有最高的靶向编辑效率（图1）和低脱靶效应（表1）。为了获得TGMS系，作者将T0不育植物在低温（~22°C，日平均温度[DAT]）下进行处理，从而获得具有恢复生育力的植物，此外，作者还在T1植物中获得了“无外源基因”TGMS系（图2、图3）。
综上所述，作者认为可以利用有效的基因编辑载体TMS5ab，来培育具有潜在应用价值的无外源基因TGMS系。值得关注的是，作者在一年内利用TMS5ab在两个水稻亚种中培育出了11种具有杂交育种应用前景的无外源基因TGMS系。这进一步说明该方法有助于推动杂种优势的开发。
图1 T0植物中的突变类型和频率(Zhou et al. 2016)。（A）T0植物中不同靶点的突变情况和花粉不育频率。（B）CRISPR/Cas9诱导的突变类型和频率。（C）TMS5ab载体在两个不同水稻亚种的11个品种中诱导的突变频率。
表1 在TMS5a和TMS5b靶点的假定脱靶位点中检测到突变(Zhou et al. 2016)。
图2 高温和低温下CRISPR/Cas9系统诱导的TGMS系的花粉育性（ZH11背景）(Zhou et al. 2016)。
图3 高温处理的野生型和热敏型雄性不育基因植物的植株形态(Zhou et al. 2016)。
玉米
2020年7月8日，谢传晓团队在Molecular Plant上发表了题为“Genome Editing Enables Next-Generation Hybrid Seed Production Technology”的研究论文，在这篇文章中作者利用CRISPR/Cas9的新系统简化了杂交育种的流程，仅需一步就可以创制不育系和保持系，并同时解决了不育基因导入和不育株筛选的问题。
