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轉基因與種間雜交技術的融合提升麻風樹產量與抗病性
小桐子(Jatropha curcas)又名麻瘋樹，是大戟科多年生木本油料植物，因其種子含油量高(30-40%)，是生產生物柴油的理想原料。適合在熱帶干旱地區種植，且不與糧食作物競爭。然而，受遺傳多樣性限制，小桐子表現出晚熟、產量不穩定及抗逆性不足等問題，限制了其商業化發展。近年來，小桐子根腐病在多個種植區域廣泛發生，導致葉片脫落、莖腐爛和產量下降，影響了小桐子的規模化種植。
為應對這些挑戰，中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)唐明勇研究團隊提出了一種創新的育種策略，疊加了傳統育種和分子育種等方法將轉基因技術與種間雜交相結合，將早熟的轉基因小桐子與其同屬麻瘋樹屬的近源種日日櫻(Jatropha integerrima)進行種間雜交和回交，以期縮短育種周期并加速定向育種進程，同時提高抗病性。
研究團隊前期通過超量表達JcFT基因，培育出早花轉基因小桐子(JcFT-OE)，其開花時間提前至2周左右，這一特性顯著縮短了育種周期。科研人員將JcFT-OE與日日櫻進行種間雜交，獲得的雜交F1代表現出與母本一致的早花性狀，抗病性強，但結實率極低。為了解決結實問題，進一步以JcFT-OE為母本，雜交F1為父本開展回交實驗，結果顯示回交第一代(BC1代)出現高度分離，部分株系幾乎不結實，部分株系顯著提高了種子產量，其中BC1-3株系的產量顯著高于其他株系和雙親。此外，F1和BC1代植物表現出比野生型更強的根腐病抗性。進一步分析，發現雜交和回交子代的木質部比例和莖木質素含量顯著高于野生型和JcFT轉基因小桐子。基因表達分析結果顯示，與病原體防御相關的基因(如PR1-1、PR1-2)、茉莉酸生物合成基因(如AOS1、LOX2-1)以及木質素生物合成基因(如PAL1/2、4CL1/2)在抗病株系中顯著上調。BC1代植物的種子油含量和脂肪酸組成介于雙親之間，主要包含亞油酸(C18:2)、油酸(C18:1)和棕櫚酸(C16:0)。因此，BC1-3株系的根腐病抗性、種子產量和油含量均表現出優異的農藝性狀。
該研究成功將轉基因技術和種間雜交應用于大戟科麻風樹屬的遺傳改良，為多年生木本植物的育種提供了新的思路。超量表達JcFT基因能夠加速優良品種的選育進程。種間雜交和回交策略成功整合了早花、高產和抗病等優良性狀。為小桐子的高產和抗病育種提供了重要的理論支持，也為其他木本植物的遺傳改良提供了借鑒。
相關研究結果以Fusion of transgene and interspecies hybridization enhances seed yield and root rot disease resistance in Jatropha curcas為題發表在植物學期刊Physiologia Plantarum。版納植物園博士后白雪為該文的第一作者，熱帶資源植物分子育種研究組唐明勇副研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金項目和云南省基礎研究項目的資助。
圖1轉基因小桐子與日日櫻種間雜交后代
圖2與JcFT-OE回交的BC1代植株遺傳了轉基因小桐子的早花特性
圖3雜交和回交后代遺傳了日日櫻的抗根腐病特性
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