小麦第三代杂交育种技术课题组
2024-11-25
实验室、课题组名称：小麦第三代杂交育种技术课题组
实验室、课题组负责人：
实验室、课题组介绍：
1、研究方向：
小麦第三代杂交育种体系的建立、雄性不育和异交结实相关基因的挖掘及功能研究、小麦基因编辑体系的优化
2、主要研究内容：
（1）小麦第三代杂交育种体系的建立：利用杂种优势是提高小麦产量和其他农艺性状的有效途径，而小麦第三代杂交育种体系是一个有效利用小麦隐性核雄性不育突变体进行杂交制种的新体系，该体系具有不育系的不育性状稳定、杂种优势利用率高、生产的杂交种不带有转基因等优点。本课题组的研究内容包括关键基因和调控元件的发掘、该体系在小麦中的可行性验证、小麦第三代杂交育种体系的建立、保持系的生物安全评价等。
（2）雄性不育基因的克隆和功能研究：小麦雄性育性调控研究既是植物发育生物学领域的重要科学问题，又是建立小麦第三代杂交育种体系的基础。本课题组通过正向遗传学和反向遗传学方法，克隆小麦雄性育性调控基因并解析其分子机制。
（3）小麦异交结实性状的基因发掘和机制解析：异交结实率是影响作物杂交制种产量的关键因素，挖掘小麦异交结实性状调控基因、开展小麦异交结实分子机理研究，对于改善优势亲本的异交结实性状、提高杂交种制种产量至关重要。本课题组通过正向遗传学和反向遗传学途径，发掘小麦异交结实性状调控基因并研究其分子机制。
（4）小麦基因编辑体系的优化：基因编辑技术在作物基因功能基础研究和分子设计育种改良中发挥着重要作用，但小麦复杂的基因组一直是基因编辑领域的一大挑战，小麦基因编辑效率一直不尽人意，尤其在进行多基因编辑时更是如此。本课题组通过优化启动子和sgRNA序列、增强Cas9蛋白的核酸酶活性等方法来提高小麦基因编辑效率。
3、主要研究成果：
本课题组已完成小麦第一个隐性核雄性不育基因Ms1的克隆和功能分析；已建立小麦高效遗传转化和基因编辑体系，并利用基因编辑技术创制了完全不育的雄性不育突变体tanp1；已经获得了小麦第三代杂交育种技术所需的所有元件，并验证了该技术在小麦中的可行性。
代表性论文：
Pan W#, Gao C#, Niu D#, Cheng J, Zhang J, Yan X, Long Q, Zhu Y, Sun W, Xie Q, He Y, Deng XW,Zhang H*, Li J*. Efficient gene disruption in polyploid genome by Cas9-Trex2 fusion protein. J Integr Plant Biol. 2024 Oct 25. doi: 10.1111/jipb.13797.
Bai S*, Wang G*, Song R, Liu Y, Hua L, Yang J, Zhang L, Ur Rehman S, Hao X, Hou L, Zhang C, Li H, Liang Y, Zhao L, Xue Y, Wang Z#, Chen S#. Mutations in wheat TaAPA2 gene result in pleiotropic effects on plant architecture. Sci China Life Sci. 2024, 67:2039-2042.
Lv Y, Li J, Wang Z, Liu Y, Jiang Y, Li Y, Lv Z, Huang X, Peng X, Cao Y, Yang H. Polycomb proteins RING1A/B promote H2A monoubiquitination to regulate female gametophyte development in Arabidopsis. J Exp Bot. 2024, 75:4822-4836.
李健，周宽基，王峥，周君莉，邓兴旺*. 基于隐性核雄性不育系的杂交小麦制种技术研究进展、问题与展望. 科学通报, 2022, 26: 3140-3151
Li J#, Wang Z#, Chang Z Y, He H, Tang X Y, Ma L G*, Deng X W*. A functional characterization of TaMs1 orthologs in Poaceae plants. Crop J, 2021, 9: 1291-1300
Li J#, Wang Z#, He G M, Ma L G*, Deng X W*. CRISPR/Cas9-mediated disruption of TaNP1 genes results in complete male sterility in bread wheat. J Genet Genomics, 2020, 47: 263-272
Wang Z#, Li J#, Chen S X#, Heng Y F#, Chen Z, Yang J, Zhou K J, Pei J W, He H*, Deng X W*, Ma L* G. Poaceae-specific MS1 encodes a phospholipid-binding protein for male fertility in bread wheat. Proc Natl Acad Sci USA, 2017, 114: 12614-12619
代表性专利：
Li J, Wang Z, Deng XW, et al. WHEAT FERTILITY-RELATED GENE TAMS7 AND APPLICATION METHOD THEREOF. 2024.1.22, 印度,IN501866
Li J, Wang Z, Deng XW, et al. WHEAT FERTILITY-RELATED GENE TAMS7 AND APPLICATION METHOD THEREOF. 2023.9.12, 美国,US11753650B2
Wang Z, Li J, Deng XW, et al. FERTILITY RESTORATION GENE IN WHEAT AND USES THEREOF. 2023.6.20, 加拿大，CA3031844C
王峥, 邓兴旺等.小麦蓝粒基因及其应用. 2022.11.15,中国, ZL201780054212.X
Wang Z, Deng X W, et al. GENES OF BLUE-GRAINED WHEAT AND USE THEREOF.2022.7.19, 美国, US11390877B2
Li J, Wang Z, Deng XW, et al. WHEAT FERTILITY-RELATED GENE TAMS7 AND APPLICATION METHOD THEREOF. 2021.12.29, 俄罗斯, RU2763468C2
Wang Z, Li J, Deng XW, et al. FERTILITY RESTORATION GENE IN WHEAT AND USES THEREOF. 2021.9.28, 美国，US11130967B2
李健, 王峥, 邓兴旺等.小麦育性相关基因TaMS7及其应用方法. 2021.4.2, 中国, ZL201780001491.3
王峥, 李健, 邓兴旺等. 小麦育性恢复基因及其应用. 2021.4.2, 中国, ZL 201710599589.5
团队成员：
团队介绍（人员数量、学历等）：团队现有成员19人，其中博士4人，硕士14人，本科1人。
主要成员介绍：
姓名：王峥
职务：研究员
邮箱：zheng.wang@pku-iaas.edu.cn
教育背景：
2000.9-2006.9 中科院上海植物生理生态研究所硕博连读，获遗传学博士学位。
1996.9-2000.9 上海交通大学生命科学学院生物技术专业就读本科。
工作经历：
2006.9-2010.7 北京生命科学研究所，主要从事植物发育的表观遗传学工作相关研究。
2010.7-2017.9 系统作物设计前沿实验室，从事分子设计育种工作。
2017.10-2020.11 北京大学现代农学院，从事小麦第三代杂交育种工作。
2020.12-今北京大学现代农业研究院，从事小麦第三代杂交育种工作。
研究方向：小麦雄性不育基因的克隆和功能解析。
文章：
Bai S*, Wang G*, Song R, Liu Y, Hua L, Yang J, Zhang L, Ur Rehman S, Hao X, Hou L, Zhang C, Li H, Liang Y, Zhao L, Xue Y, Wang Z#, Chen S#. Mutations in wheat TaAPA2 gene result in pleiotropic effects on plant architecture. Sci China Life Sci. 2024, 67:2039-2042.
李健，周宽基，王峥，周君莉，邓兴旺*. 基于隐性核雄性不育系的杂交小麦制种技术研究进展、问题与展望. 科学通报, 2022, 26: 3140-3151
Li J#, Wang Z#, Chang Z Y, He H, Tang X Y, Ma L G*, Deng X W*. A functional characterization of TaMs1 orthologs in Poaceae plants. Crop J, 2021, 9: 1291-1300
Chen Z#, Wang Z#, Heng Y, Li J, Pei J, Cao Y, Deng X W, Ma L*. Generation of a series of mutant lines resistant to imidazolinone by screening an EMS-based mutant library in common wheat. Crop J, 2021, 9(5): 1030-1038.
衡燕芳,李健,王峥,陈卓,何航,邓兴旺,马力耕. 十倍体长穗偃麦草雄性育性基因ThMs1的克隆、表达及功能分析[J]. 中国农业科学, 2020, 53(23): 4727-4737.
Li J#, Wang Z#, He G M, Ma L G*, Deng X W*. CRISPR/Cas9-mediated disruption of TaNP1 genes results in complete male sterility in bread wheat. J Genet Genomics, 2020, 47: 263-272
Wang Z#, Li J#, Chen S X#, Heng Y F#, Chen Z, Yang J, Zhou K J, Pei J W, He H*, Deng X W*, Ma L G*. Poaceae-specific MS1 encodes a phospholipid-binding protein for male fertility in bread wheat. Proc Natl Acad Sci USA, 2017, 114: 12614-12619
Li W#, Wang Z#, Li J, Yang H, Cui S, et al. (2011) Overexpression of AtBMI1C, a Polycomb Group Protein Gene, Accelerates Flowering in Arabidopsis. PloS ONE 6(6): e21364.
Wang Z#, Luo Y#, Li X#, Wang L, Xu S, Yang J, Weng L, Sato S, Tabata S, Ambrose M, Rameau C, Feng X, Hu X, Luo D*. Genetic control of floral zygomorphy in pea (Pisum sativum L.). Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Jul 29;105(30):10414-9.
专利：
Li J, Wang Z, Deng XW, et al. WHEAT FERTILITY-RELATED GENE TAMS7 AND APPLICATION METHOD THEREOF. 2024.1.22, 印度, IN501866
Li J, Wang Z, Deng XW, et al. WHEAT FERTILITY-RELATED GENE TAMS7 AND APPLICATION METHOD THEREOF. 2023.9.12, 美国, US11753650B2
Wang Z, Li J, Deng XW, et al. FERTILITY RESTORATION GENE IN WHEAT AND USES THEREOF. 2023.6.20, 加拿大，CA3031844C
王峥，邓兴旺等.小麦蓝粒基因及其应用. 2022.11.15,中国, ZL201780054212.X
Wang Z, Deng X W, et al. GENES OF BLUE-GRAINED WHEAT AND USE THEREOF. 2022.7.19, 美国, US11390877B2
Li J, Wang Z, Deng XW, et al. WHEAT FERTILITY-RELATED GENE TAMS7 AND APPLICATION METHOD THEREOF. 2021.12.29, 俄罗斯, RU2763468C2
Wang Z, Li J, Deng XW, et al. FERTILITY RESTORATION GENE IN WHEAT AND USES THEREOF. 2021.9.28, 美国，US11130967B2
李健，王峥，邓兴旺等.小麦育性相关基因TaMS7及其应用方法. 2021.4.2，中国，ZL201780001491.3
姓名：张国梁
职务：助理研究员
邮箱：guoliang.zhang@pku-iaas.edu.cn
教育背景：浙江大学学士
复旦大学博士
工作经历：北京大学现代农业研究院/潍坊现代农业山东省实验室小麦第三代杂交育种技术课题组
研究方向：通过生物信息学方法发掘杂交小麦相关性状基因并解析其分子机制
文章：Zhang GL, Zhou PC, Gong YL, Li XM, Yan Y, Rasheed A, Ibba MI, Gou JY. Boosting the antioxidant potential of pasta by a premature stop mutation in wheat keto-acythiolase-2. Food Chem. 2022, 385:132634.